TW202137523A - 受光元件及測距系統 - Google Patents

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島田翔平
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Abstract

本技術係關於一種可防止邊緣崩潰且實現高PDE之受光元件及測距系統。 本技術之受光元件具備：像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與第1半導體區域相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較第1半導體區域更靠近受光面之位置的第2半導體區域之平面區域形成得較大。本技術例如可適用於檢測與被攝體之深度方向之距離的測距系統等。

Description

受光元件及測距系統
本技術係關於一種受光元件及測距系統，尤其係關於一種可防止邊緣崩潰且實現高PDE之受光元件及測距系統。
近年，藉由ToF(Time-of-Flight：飛行時間)法進行距離測量之測距感測器受到關注。於測距感測器，有例如將SPAD(Single Photon Avalanche Diode：單光子突崩二極體)用於受光用像素者。於SPAD中，若於施加較崩潰電壓大之電壓(以下稱為過量偏壓(ExcessBias))之狀態下，1個光子進入高電場之PN接合區域，則會發生突崩放大。藉由檢測此時電流瞬間流動之時序，可高精度測量距離。
例如，於專利文獻1中，揭示有一種為了減少發生突崩放大之倍增區域之端部之強電場(邊緣崩潰)，將由n型半導體區域與p型半導體區域而成之倍增區域之p型半導體區域之面積形成為小於n型半導體區域的像素構造。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻]國際公開第2018/074530號
[發明所欲解決之問題]
然而，專利文獻1之像素構造之內部電阻變高，需較大之過量偏壓，從而仍有改善之餘地。
本技術係鑑於此種狀況而完成者，係可防止邊緣崩潰且實現高PDE(Photon Detection Efficiency：光子檢測效率)者。 [解決問題之技術手段]
本技術之第1態樣之受光元件具備：像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。
本技術之第2態樣之測距系統具備照射照射光之照明裝置、及接受對於上述照射光之反射光的受光元件，上述受光元件具備：像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域為相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。
如本技術之第1及第2態樣，其中於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域為相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。
受光元件及測距系統可為獨立之裝置，亦可為組入於其他裝置之模組。
以下，一面參照附加圖式一面對用以實施本技術之形態(以下稱為實施形態)進行說明。另，本說明書及圖式中，對於實質上具有同一功能構成之構成要件，藉由附註同一符號而省略重複說明。說明按照以下之順序進行。 1.使用SPAD之像素電路 2.像素之第1像素構造 3.像素之第1像素構造之變化例 4.像素之第2像素構造 5.像素之第3像素構造 6.像素之第4像素構造 7.像素之第5像素構造 8.像素之第6像素構造 9.積層構造之構成例 10.進行主動淬熄之像素電路 11.受光元件之構成例 12.測距系統之構成例 13.對電子機器之適用例 14.對移動體之應用例
另，於以下說明所參照之圖式中，對同一或類似部分附註同一或類似之符號。但圖式為模式性者，厚度與平面尺寸之關係、各層之厚度比例等與實際者不同。又，有於圖式相互間亦包含有相互之尺寸關係或比例不同之部分的情形。
又，以下說明中之上下等之方向定義僅為便於說明之定義，並非限定本揭示之技術性思想者。例如，若將對象旋轉90°進行觀察，則將上下置換為左右而讀，若旋轉180°進行觀察，則將上下反轉而讀。
＜1.使用SPAD之像素電路＞ 圖1係顯示使用可適用於藉由ToF(Time-of-Flight)法進行距離測量之測距感測器之受光元件的SPAD(Single Photon Avalanche Diode)之像素電路。
圖1之像素10具備SPAD21、恆定電流源22、電晶體23及反相器24。
SPAD21之陰極連接於恆定電流源22且連接於反相器24之輸入端子、及電晶體23之汲極。SPAD21之陽極連接於電源VSPAD。
SPAD21為當入射光入射時，使產生之電子突崩放大並輸出陰極電壓VS之信號的光電二極體(單光子突崩光電二極體)。被供給至SPAD21之陽極之電源VSPAD例如設為與SPAD21之崩潰電壓VBD相同之電壓之負偏壓(負電位)。
恆定電流源22例如以於飽和區域進行動作之P型MOS(Metal Oxide Semiconductor：金屬氧化物半導體)電晶體構成，且藉由作為淬滅電阻作動，而進行被動淬熄。對恆定電流源22供給電源電壓VE(VE＞0)。另，恆定電流源22亦可使用上拉電阻等取代P型MOS電晶體。
為以足夠之效率檢測光(光子)，對SPAD21施加較SPAD21之崩潰電壓VBD大之電壓(以下稱為過量偏壓(ExcessBias))。
電晶體23之汲極連接於SPAD21之陰極、反相器24之輸入端子、及恆定電流源22，電晶體23之源極連接於地面(GND)。對電晶體23之閘極，自驅動像素之像素驅動部供給選通控制信號VG。
於將像素10設為主動像素之情形時，將Lo(低(Low))之選通控制信號VG自像素驅動部供給至電晶體23之閘極。另一方面，於將像素10設為非主動像素之情形時，將Hi(高(High))之選通控制信號VG自像素驅動部供給至電晶體23之閘極。
反相器24於作為輸入信號之陰極電壓VS為Lo時，輸出Hi之PFout信號，於陰極電壓VS為Hi時，輸出Lo之PFout信號。
接著，參照圖2，對將像素10設為主動像素時之動作進行說明。圖2係顯示與光子之入射相應之SPAD21之陰極電壓VS之變化與檢測信號PFout之圖表。
首先，於像素10為主動像素之情形時，電晶體23藉由Lo之選通控制信號VG而被設定為斷開。
於圖2之較時刻t0前面之時刻，對SPAD21之陰極供給電源電壓VE，對陽極供給電源VSPAD，因而對SPAD211施加較崩潰電壓VBD大之逆電壓，藉此SPAD21被設定為蓋革模式。於該狀態下，SPAD21之陰極電壓VS與電源電壓VE相同。
若光子入射至被設定為蓋革模式之SPAD21，則發生突崩倍增，而於SPAD21中流動電流。
若於時刻t0發生突崩倍增，而於SPAD21中流動電流，則於時刻t0後，因SPAD21中流動電流，故作為恆定電流源22之P型MOS電晶體中亦流動電流，且因MOS電晶體之電阻成分，發生電壓下降。
於時刻t2，若SPAD21之陰極電壓VS低於0 V，則成為較崩潰電壓VBD低之狀態，因而突崩放大停止。此處，因藉由突崩放大而產生之電流流動至恆定電流源22而發生電壓下降，伴隨發生之電壓下降，陰極電壓VS成為低於崩潰電壓VBD之狀態，藉此使突崩放大停止，該動作為淬熄動作。
若突崩放大停止，則流動至恆定電流源22(P型MOS電晶體)之電流逐漸減少，於時刻t4，陰極電壓VS再次恢復至原來之電源電壓VE，而成為可檢測下一個新光子之狀態(再充電動作)。
反相器24於輸入電壓即陰極電壓VS為特定閾值電壓Vth(=VE/2)以上時，輸出Lo(低)之PFout信號，於陰極電壓VS未達特定閾值電壓Vth時，輸出Hi之PFout信號。於圖4之例中，於時刻t1至時刻t3之期間，輸出Hi(High)之PFout信號。
另，於將像素10設為非主動像素之情形，Hi之選通控制信號VG自像素驅動部供給至電晶體23之閘極，而將電晶體23接通。藉此，SPAD21之陰極電壓VS為0 V(GND)，SPAD21之陽極、陰極間電壓變為崩潰電壓VBD以下，因而即便光子進入SPAD21亦無反應。
＜2.像素之第1像素構造＞ 圖3係顯示使用上述之SPAD21之像素10之第1像素構造之圖。
圖3係顯示相當於對由矽等構成之半導體基板31形成之複數個像素中之1個像素之部分之像素構造，圖3A為像素10之剖視圖。
於圖3A所示之像素10之剖視圖中，僅顯示半導體基板31之構造，圖3A之下側為半導體基板31之背面側，即，形成有晶載透鏡等且成為由物體反射而來之反射光入射之入射面側。
另一方面，圖3A之上側為半導體基板31之正面側，雖省略圖示，但形成有包含驅動像素之電路等之配線層。
圖3B係自半導體基板31之正面側觀察圖3A之像素10之俯視圖。
像素10如圖3A所示，包含n井41、n型半導體區域42、高濃度n型半導體區域43、p型半導體區域44、電洞蓄積區域45、及高濃度p型半導體區域46。且，藉由形成於n型半導體區域42與p型半導體區域44接合之區域的耗盡層，形成突崩倍增區域47。
n井41藉由將半導體基板31之雜質濃度控制為較淡之n型(n－－)而形成，且形成向突崩倍增區域47傳送像素10中藉由光電轉換產生之電子的電場。另，亦可形成將半導體基板31之雜質濃度控制為p型之p井而取代n井41。
n型半導體區域42如圖3B所示，係自半導體基板31之正面側以特定深度形成於像素區域之中央部的較濃之n型(第1導電型)半導體區域(第1半導體區域)。且，n型半導體區域42之尤其中央部分之正面附近被控制為高濃度(n+)之雜質濃度，而設為高濃度n型半導體區域43。高濃度n型半導體區域43為接點部(第1接點部)，其與作為用以供給形成突崩倍增區域47用之負電壓之陰極的接點電極51連接。對高濃度n型半導體區域43，自接點電極51施加電源電壓VE。
p型半導體區域44為以自半導體基板31內之與n型半導體區域42之底面相接之深度位置，依特定厚度(深度)跨及像素區域之整面之方式形成的較濃之p型(第2導電型)之半導體區域(第2半導體區域)。
此處，期望n井41之雜質濃度例如設為1E+14/cm3 以下之低濃度，形成突崩倍增區域47之n型半導體區域42與p型半導體區域44各自之雜質濃度控制為1E+16/cm3 以上之高濃度。
電洞蓄積區域45為以包圍n井41之側面及底面之方式形成之p型半導體區域(p)，蓄積藉由光電轉換而產生之電洞。又，電洞蓄積區域45捕獲於與像素分離部48之界面產生之電子，亦發揮抑制DCR(Dark Count Rate：暗計數率)之效果。電洞蓄積區域45之基板正面側之附近區域尤其將雜質濃度控制為高濃度(p+)，而設為高濃度p型半導體區域46。高濃度p型半導體區域46為與作為SPAD21之陽極之接點電極52連接之接點部(第2接點部)。對高濃度p型半導體區域46，自接點電極52施加電源VSPAD。電洞蓄積區域45可藉由離子注入而形成，亦可藉由固相擴散而形成。
於與相鄰像素之邊界即像素10之像素邊界部，形成有將像素間分離之像素分離部48。像素分離部48例如可僅由氧化矽膜等絕緣層構成，又可為以氧化矽膜等之絕緣層覆蓋鎢等之金屬層之外側(n井41側)的雙重構造。
如上所示，於第1像素構造之像素10中，關於形成突崩倍增區域47之n型半導體區域42與p型半導體區域44之平面區域，相對於n型半導體區域42之平面區域，p型半導體區域44之平面區域形成得較大。又，關於n型半導體區域42與p型半導體區域44之距基板正面之深度位置，相對於n型半導體區域42之深度位置，p型半導體區域44形成於較深之位置。換言之，p型半導體區域44形成於較n型半導體區域42更靠近受光面之位置。
另，於圖3B所示之自半導體基板31之正面側觀察像素10之俯視圖中，n型半導體區域42與高濃度p型半導體區域46之間之區域，正確而言為n井41，但為顯示出n型半導體區域42與p型半導體區域44之區域尺寸之不同，而顯示較n井41更下層之p型半導體區域44。
圖3之第1像素構造為讀出電子作為信號電荷(載子)之構造例，但亦可設為讀出電洞之構造。該情形時，將平面尺寸較小之n型半導體區域42變更為p型半導體區域，將高濃度n型半導體區域43變更為高濃度p型半導體區域。將平面尺寸較大之p型半導體區域44變更為n型半導體區域，將高濃度p型半導體區域46變更為高濃度n型半導體區域。對自高濃度n型半導體區域43變更為高濃度p型半導體區域之接點部，自接點電極51施加電源VSPAD，對自高濃度p型半導體區域46變更為高濃度n型半導體區域之接點部，自接點電極52施加電源電壓VE。
＜第1像素構造之作用效果＞ 參照圖4及圖5，說明相對於形成突崩倍增區域47之n型半導體區域42之平面區域，將p型半導體區域44之平面區域形成得較大之構造的效果。
於圖4之說明中，為便於理解，附註與圖3同一之符號進行說明。
一般考慮形成突崩倍增區域47之n型半導體區域42與p型半導體區域44如圖4A所示，為以連接區域重疊之方式於同一平面區域形成的構造。
該情形時，如圖4A下側之電場圖表所示，突崩倍增區域47之端部為強電場，而發生邊緣崩潰。
因此，如圖4B所示，藉由減小形成突崩倍增區域47之n型半導體區域42與p型半導體區域44之平面尺寸，可以說能夠形成僅使用圖4A端部之強電場部分的強電場且電場均一之突崩倍增區域47。為形成此種電場均一之突崩倍增區域47，例如較佳將n型半導體區域42之直徑設為2 μm以下，將n型半導體區域42與p型半導體區域44之深度方向之相對距離設為1000 nm以下。
因此，藉由減小突崩倍增區域47之平面尺寸，可使電場均一化，而防止邊緣崩潰，但於圖3之第1像素構造中，p型半導體區域44延伸至像素周邊部之電洞蓄積區域45。
參照圖5，對p型半導體區域44延伸至像素周邊部之電洞蓄積區域45之效果進行說明。
藉由突崩放大而產生之電洞經由p型半導體區域44向電洞蓄積區域45移動。於平面方向中，較n型半導體區域42更外側之p型半導體區域44之區域即外周區域61形成霍爾電流徑路，而獲得改善內部電阻(減少霍爾電阻)之效果。
又，於俯視方向中，藉由於突崩倍增區域47之外周區域61形成p型半導體區域44，因入射光入射而於n井41產生之電子向較外周區域61更內側之突崩倍增區域47移動。即，外周區域61之p型半導體區域44起到遮蔽效果，而使n井41之電子向突崩倍增區域47無障礙地移動。藉由自n井41向突崩倍增區域47之無障礙構造，而實現較高之電荷收集效率。
因此，根據圖3所示之像素10之第1像素構造，可防止邊緣崩潰且實現高PDE。藉由實現高PDE，亦可實現較低之過量偏壓。
＜3.像素之第1像素構造之變化例＞ 圖6係顯示第1像素構造之像素10之第1變化例之剖視圖。
另，於圖6以後，對於與圖3所示之第1像素構造對應之部分，附註同一符號，適當省略該部分之說明。
於圖6之第1變化例中，將圖3所示之第1像素構造中形成突崩倍增區域47之p型半導體區域44變更為p型半導體區域44'。
於圖3所示之第1像素構造中，p型半導體區域44之平面區域延伸至到達像素周邊部之電洞蓄積區域45為止，但圖6之第1變化例之p型半導體區域44'未延伸至到達電洞蓄積區域45，而於p型半導體區域44'與電洞蓄積區域45之間形成有n井41(第4半導體區域)。其中，p型半導體區域44'之平面區域形成為較n型半導體區域42之平面區域大。
如此，於p型半導體區域44'未形成為大到與電洞蓄積區域45相接之處之情形時，亦形成為至少較n型半導體區域42大，藉此，因俯視方向中較n型半導體區域42更外側之p型半導體區域44之區域(圖5之外周區域61)形成霍爾電流路徑，故亦具有改善內部電阻(減少霍爾電阻)之效應。
圖7係顯示第1像素構造之像素10之第2變化例之剖視圖。
於圖3所示之第1像素構造中，於像素10之像素邊界部形成有將像素間分離之像素分離部48，於像素分離部48之像素中心側之側面(像素邊界部附近)形成有電洞蓄積區域45。
另一方面，於圖7之第2變化例中，省略圖3之像素分離部48。藉此，若與圖3之第1像素構造進行比較，則電洞蓄積區域45以與相鄰像素之邊界部相接之方式設置於外周部，且n井41之區域形成為較圖3之第1像素構造大。
如此，可省略像素分離部48。
圖8A係顯示自半導體基板31之正面側觀察將圖3所示之第1像素構造之像素10以2ｘ2排列之4個像素區域的俯視圖。
圖8B係顯示自半導體基板31之正面側觀察將圖7所示之第2變化例之像素10以2ｘ2排列之4個像素區域的俯視圖。
於圖8A及B中，虛線表示像素10之邊界。
於像素10之邊界部形成有像素分離部48之情形時，如圖8A所示，像素分離部48配置於像素10之周圍，於複數個像素之排列中，像素分離部48點陣狀配置。
另一方面，未於像素10之邊界部形成像素分離部48之情形時，如圖8B所示，電洞蓄積區域45配置於像素10之周圍，於複數個像素之排列中，電洞蓄積區域45點陣狀配置。
圖9係第1像素構造之像素10之第3變化例，且係顯示n型半導體區域42之平面形狀之變化例。n型半導體區域42以外之構造與圖3所示之第1像素構造相同。
於圖3所示之第1像素構造中，將n型半導體區域42之平面形狀設為圓形狀，但n型半導體區域42之平面形狀不限於圓形狀，亦可設為四邊形、五邊形等其他多邊形狀。
圖9A係顯示將n型半導體區域42之平面形狀設為四邊形狀之例。
圖9B係顯示將n型半導體區域42之平面形狀設為五邊形狀之例。
＜4.像素之第2像素構造＞ 圖10係顯示使用SPAD21之像素10之第2像素構造之剖視圖。另，自半導體基板31之正面側觀察第2像素構造之像素10之俯視圖因與第1像素構造之圖3B相同，故而省略。
若將圖10之第2像素構造之像素10與圖3所示之第1像素構造之像素10進行比較，則於較形成突崩倍增區域47之n型半導體區域42與p型半導體區域44更深(更靠近受光面)之區域，形成有雜質濃度較n井41更濃之n型(n－)之n型半導體區域81(第4半導體區域)。
換言之，於圖3所示之第1像素構造之像素10中，由p型半導體區域44與電洞蓄積區域45包圍之n井41被置換為雜質濃度較淡之n井41、與雜質濃度較其更濃之n型半導體區域81，n型半導體區域81配置於n井41與p型半導體區域44之間。
藉此，形成如易於n井41中產生之載子(電子)朝突崩倍增區域47漂移之電位梯度。
另，根據電位梯度之設計，亦有不設置與n井41相同導電型之n型半導體區域81，而如圖11所示，設為與n井41不同導電型且雜質濃度較p型半導體區域44更淡的p型半導體區域81'(第4半導體區域)的情形。
n型半導體區域81及p型半導體區域81'可藉由注入n型或p型離子之離子注入而形成。
＜5.像素之第3像素構造＞ 圖12係顯示使用SPAD21之像素10之第3像素構造之剖視圖。
若將圖12之第3像素構造之像素10與圖3所示之第1像素構造之像素10進行比較，則形成於像素邊界部之像素分離部48可被置換為自正面側貫通半導體基板31至背面側之像素間槽部101與絕緣層102。像素間槽部101例如由鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)等金屬材料或多晶矽等導電材料形成，自形成有配線層之半導體基板31之正面側，施加較SPAD21之陽極電極(接點電極52)大之負電壓。絕緣層102例如以SiO2構成。
像素間槽部101與絕緣層102之平面配置為與圖8A所示之像素分離部48同樣之點陣狀。
藉由形成此種像素間槽部101及絕緣層102，可進而減少相鄰像素之影響，可進而減少串擾。又，藉由形成橫向電場，可容易將載子集中於高電場區域，可提高PDE。
＜6.像素之第4像素構造＞ 圖13係顯示使用SPAD21之像素10之第4像素構造之剖視圖。
若將圖13之第4像素構造之像素10與圖3所示之第1像素構造之像素10進行比較，則在形成於像素邊界部之像素分離部48與電洞蓄積區域45之間，形成有固定電荷膜121。固定電荷膜121除像素分離部48與電洞蓄積區域45之間之側面外，亦形成於半導體基板31之背面側之電洞蓄積區域45之外側。
固定電荷膜121設為負的固定電荷膜。藉由固定電荷膜121誘發電洞(Hole)，而於固定電荷膜121之內側形成電洞蓄積區域。可以由固定電荷膜121形成之電洞蓄積區域與形成於其內側之電洞蓄積區域45一起抑制暗電流，且抑制DCR。又，藉由減少串擾、形成橫向電場，可容易將載子集中於高電場區域，可提高PDE。
＜7.像素之第5像素構造＞ 圖14A係顯示使用SPAD21之像素10之第5像素構造之剖視圖，圖14B係自半導體基板31之正面側觀察圖14A之像素10之俯視圖。
若將圖14之第5像素構造之像素10與圖3所示之第1像素構造之像素10進行比較，則新追加由STI(Shallow Trench Isolation：淺槽隔離)形成之絕緣層141。
絕緣層141如圖14B所示，於俯視方向中，形成於與作為SPAD21之陰極之接點電極51連接之n型半導體區域42及高濃度n型半導體區域43之外周，而將SPAD21之陽極與陰極電性分離。
另，因絕緣層141之目的在於將SPAD21之陽極與陰極電性分離，故未必配置於與n型半導體區域42相鄰之周圍，只要為與接點電極51電性連接之n型半導體區域42及高濃度n型半導體區域43、及與接點電極52電性連接之高濃度p型半導體區域46之間即可。例如，絕緣層141亦可於基板正面附近形成於高濃度p型半導體區域46之內周側。
於圖14B中，n型半導體區域42與高濃度p型半導體區域46之間之區域正確而言為n井41，但在顯示出較n井41更下層之p型半導體區域44之點，與圖3B同樣。
＜8.像素之第6像素構造＞ 圖15A係顯示使用SPAD21之像素10之第6像素構造之剖視圖，圖15B係自半導體基板31之正面側觀察圖15A之像素10之俯視圖。
圖14所示之第5像素構造之像素10設為使用絕緣層141將SPAD21之陽極與陰極於俯視方向分離之構成，但圖15之第6像素構造之像素10具有藉由將SPAD21之陽極與陰極配置於半導體基板31之深度不同之位置，而將SPAD21之陽極與陰極分離的構成。
具體而言，若將圖15之第6像素構造之像素10與圖3所示之第1像素構造之像素10進行比較，則像素10之像素邊界部之像素分離部48被置換為自半導體基板31之背面側或正面側貫通至相反側之基板面之導電構件161、與形成於其兩外側(像素內側)之絕緣膜162。導電構件161例如由多晶矽或鎢(W)等金屬材料構成，絕緣膜162例如由SiO2構成。
又，SPAD21之陽極之接點部即高濃度p型半導體區域46嵌入配置於半導體基板31內。於圖15A之例中，高濃度p型半導體區域46之深度方向之位置形成於與p型半導體區域44相同之位置，但高濃度p型半導體區域46與p型半導體區域44之深度方向之位置未必相同。陽極側之高濃度p型半導體區域46與陰極側n型半導體區域42及高濃度n型半導體區域43只要配置於深度不同之位置即可。
導電構件161於半導體基板31正面之上表面與接點電極52連接，於半導體基板31內，與高濃度p型半導體區域46連接，高濃度p型半導體區域46經由導電構件161，與接點電極52電性連接。與高濃度p型半導體區域46連接之連接區域以外之導電構件161之外周部由絕緣膜162覆蓋，而與n井41及電動蓄積區域45電性分離。
如此，將SPAD21之陽極與陰極於半導體基板31之深度方向配置於不同之位置，且將陽極與陰極分離之構成於縮小像素尺寸之情形時有效。即，若將SPAD21之陽極與陰極配置於同一平面上，則於將像素尺寸微小化之情形時存在限制。又，因SPAD21之陽極與陰極靠近，故難以電性分離。藉由於深度方向錯開配置，與配置於同一平面上之情形進行比較，可進而縮小像素尺寸。
＜9.積層構造之構成例＞ 形成有使用SPAD21之複數個像素10之受光元件可使用1片半導體基板而形成，亦可積層複數片半導體基板而形成。
圖16係顯示藉由積層2片半導體基板構成受光元件時之積層構造之例之剖視圖。
圖16之像素10係貼合第1基板201與第2基板202而構成。第1基板201具有由矽等構成之半導體基板31與配線層212。另一方面，第2基板202具有由矽等構成之半導體基板311與配線層312。第1基板201與第2基板202之貼合面以一點鏈線顯示。
以下，為了容易將配線層212與第2基板202側之配線層312作區分，而將其稱為感測器側配線層212。第2基板202側之配線層312稱為邏輯側配線層312。對半導體基板31形成有感測器側配線層212之面為正面，圖中，未形成感測器側配線層212之下側之面為半導體基板31之背面，即入射光入射之受光面。因半導體基板31之構造與圖3所示之第1像素構造同樣，故省略說明。
感測器側配線層212具有接點電極51、接點電極52、金屬墊331、金屬墊332、及層間絕緣膜333。金屬墊331藉由Cu-Cu等金屬接合而與邏輯側配線層312之金屬墊351電性及實體連接。金屬墊332藉由Cu-Cu等金屬接合而與邏輯側配線層312之金屬墊352電性及實體連接。
圖中，於成為下側之半導體基板311之正面側，形成有複數個MOS電晶體Tr(Tr1、Tr2等)，且形成有邏輯側配線層312。邏輯側配線層312具有金屬墊351、金屬墊352及層間絕緣膜353。
金屬墊351藉由Cu-Cu等金屬接合而與感測器側配線層212之金屬墊331電性及實體連接。金屬墊352藉由Cu-Cu等金屬接合而與感測器側配線層212之金屬墊332電性及實體連接。
於第2基板202，藉由形成於半導體基板311之複數個MOS電晶體Tr、與複數層金屬配線(未圖示)，例如形成如恆定電流源22、電晶體23、反相器24(圖1)等之與控制像素10之信號讀出之讀出控制電路、或像素驅動部511、MUX513、時間測量部514(圖18)等對應之邏輯電路。
藉由此種配線構造，例如供給至像素10之SPAD21之陽極之電源VSPAD經由邏輯側配線層312之金屬墊352、感測器側配線層212之金屬墊332及接點電極52，供給至高濃度p型半導體區域46。又，供給至像素10之SPAD21之陰極之電源電壓VE經由邏輯側配線層312之金屬墊351、感測器側配線層212之金屬墊331及接點電極51，供給至高濃度n型半導體區域43。
＜10.進行主動淬熄之像素電路＞ 圖1所示之像素10之電路構成為進行被動淬熄之被動電路之構成，但亦可採用進行主動淬熄、主動再充電、及閉鎖之主動電路之構成。
圖17係顯示作為進行主動淬熄、主動再充電、及閉鎖之主動電路之像素10的電路構成。
圖17之像素10除與圖1同樣之SPAD21、恆定電流源22、電晶體23及反相器24外，亦具備反相器401、可變反相器402、NOR電路403、反相器404及P型MOS電晶體405。
反相器24輸出之檢測信號PFout亦被輸入至反相器401與可變反相器402。反相器401將檢測信號PFout反轉並輸出，可變反相器402於經過特定時間後將檢測信號PFout反轉並輸出。
NOR電路403執行反相器401與可變反相器402之NOR運算，且向反相器404及電晶體23之閘極輸出執行結果。反相器404將NOR電路403之輸出反轉，並向P型MOS電晶體之閘極輸出。
於圖17之像素10中，產生突崩倍增且輸出Hi之檢測信號PFout後，經過由可變反相器402決定之特定時間，其後NOR電路403輸出之保持脈衝(hold_pulse)為Hi。藉由Hi之保持脈衝，電晶體23接通而連接到GND，進行主動淬熄，且P型MOS電晶體405接通，將陰極電壓VS維持(閉鎖)為0 V(GND)。
Hi之保持脈衝保持特定時間後，若藉由未圖示之保持控制電路，將保持脈衝控制為Lo，則電晶體23及P型MOS電晶體405斷開，藉此陰極電壓VS再次恢復至原來之電源電壓VE，成為可檢測下一個新光子的狀態(主動再充電動作)。
將像素10設為主動像素或非主動像素之控制與圖1之被動電路之情形同樣，藉由未圖示之保持控制電路控制保持脈衝將電晶體23接通斷開而進行。
用以進行主動淬熄或主動再充電之反相器401、可變反相器402、NOR電路403、反相器404及P型MOS電晶體405為控制像素10之信號讀出的讀出控制電路之一部分。
＜11.受光元件之構成例＞ 上述之第1至第6像素構造之像素10例如可適用於圖18所示之受光元件之像素。
圖18係包含上述之像素10之受光元件之方塊圖。
圖18之受光元件501具備像素驅動部511、像素陣列部512、MUX(多工器)513、時間測量部514、及輸入輸出部515。
像素陣列部512為將檢測光子入射且將表示檢測結果之檢測信號PFout作為像素信號輸出的像素521，以列方向及行方向之矩陣狀2維配置之構成。此處，所謂列方向意指像素列之像素521之排列方向，即水平方向，所謂行方向意指像素行之像素521之排列方向即垂直方向。於圖18中，受紙面限制，以10列12行之像素排列構成顯示像素陣列512，但像素陣列512之列數及行數為任意，並未限定於此。
相對於像素陣列512之矩陣狀之像素排列，於每一像素列沿水平方向配線像素驅動線522。像素驅動線522傳送用以進行像素521之驅動之驅動信號。像素驅動部511經由像素驅動線522將特定驅動信號供給至各像素521，藉此驅動各像素521。具體而言，像素驅動部511進行以下控制：於配合經由輸入輸出部515自外部供給之發光時序信號之特定時序，將矩陣狀2維配置之複數個像素521之一部分像素521作為主動像素，將剩餘之像素521作為非主動像素。主動像素為檢測光子之入射之像素，非主動像素為不檢測光子之入射的像素。作為該像素521之構成，可採用上述之像素10之第1至第6之像素構造之任一者。
另，於圖18中，將像素驅動線522顯示為1條配線，亦可由複數條配線構成。像素驅動線522之一端連接於與像素驅動部511之各各像素列對應之輸出端。
MUX513隨著像素陣列512內之主動像素與非主動像素之切換，而選擇來自主動像素之輸出。且，MUX513將自選擇之主動像素輸入之像素信號向時間測量部514輸出。
時間測量部514基於自MUX513供給之主動像素之像素信號、與表示發光源(圖19之光源632)之發光時序之發光時序信號，產生與自發光源發光後至主動像素接受光之時間對應的計數值。發光時序信號經由輸入輸出部515自外部(圖19之攝像裝置622之控制部642)供給。
輸入輸出部515將自時間測量部514供給之主動像素之計數值作為像素信號輸出至外部(圖19之信號處理電路653)。又，輸入輸出部515將自外部供給之發光時序信號供給至像素驅動部511及時間測量部514。
＜12.測距系統之構成例＞ 圖19係顯示組入有圖18之受光元件501之測距系統之一實施形態之構成例之方塊圖。
測距系統611為例如使用ToF法進行距離圖像之攝影的系統。此處，距離圖像係包含按每一像素檢測測距系統611至被攝體之深度方向之距離，且基於檢測出之距離之距離像素信號的圖像。
測距系統611具備照明裝置621及攝像裝置622。
照明裝置621具備照明控制部631及光源632。
照明控制部631於攝像裝置622之控制部642之控制下，控制光源632照射光之圖案。具體而言，照明控制部631根據自控制部642供給之照射信號所含之照射碼，控制光源632照射光之圖案。例如，照射碼包含1(高)與0(低)之2值，照明控制部631於照射碼之值為1時使光源632點亮，於照射碼之值為0時使光源632熄滅。
光源632於照明控制部631之控制下，發出特定波長域之光。光源632包含例如紅外線雷射二極體。另，光源632之種類及照射光之波長域可根據測距系統611之用途等任意設定。
攝像裝置622為接受自照明裝置621照射之光(照射光)由被攝體612及被攝體613等反射之反射光的裝置。攝像裝置622具備攝像部641、控制部642、顯示部643及記憶部644。
攝像部641具備透鏡651、受光元件652及信號處理電路653。
透鏡651使入射光於受光元件652之受光面成像。另，透鏡651之構成為任意，例如亦可由複數個透鏡群構成透鏡651。
受光元件652例如包含將SPAD用於各像素的感測器。受光元件652於控制部642之控制下，接受來自被攝體612及被攝體613等之反射光，並將作為結果獲得之像素信號供給至信號處理電路653。該像素信號表示計數照明裝置621照射照射光後，至受光元件652受光為止之時間的數位計數值。表示光源632發光之時序之發光時序信號亦自控制部642供給至受光元件652。作為該受光元件652之構成，採用具備上述之像素10之圖18之受光元件501。
信號處理電路653於控制部642之控制下，進行自受光元件652供給之像素信號的處理。例如，信號處理電路653基於自受光元件652供給之像素信號，按每一像素檢測到達被攝體之距離，產生表示每一像素之到達被攝體之距離的距離圖像。具體而言，信號處理電路653按每一像素複數次(例如數千至數萬次)取得光源632發光後至受光元件652之各像素接受到光之時間(計數值)。信號處理電路653製作與取得之時間對應之直方圖。接著，信號處理電路653藉由檢測直方圖之峰值，而判定自光源632照射之光由被攝體612或被攝體613反射而回之時間。再者，信號處理電路653進行基於判定出之時間與光速，求得到達物體之距離的運算。信號處理電路653將產生之距離圖像供給至控制部642。
控制部642例如由FPGA(Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列)、DSP(Digital Signal Processor：數位信號處理器)等控制電路或處理器等構成。控制部642進行照明控制部631及受光元件652之控制。具體而言，控制部642將照射信號供給至照明控制部631且將發光時序信號供給至受光元件652。光源632根據照射信號發光照射光。發光時序信號亦可為供給至照明控制部631之照射信號。又，控制部642將自攝像部641取得之距離圖像供給至顯示部643，使顯示部643顯示。再者，控制部642使記憶部644記憶自攝像部641取得之距離圖像。又，控制部642將自攝像部641取得之距離圖像輸出至外部。
顯示部643包含例如液晶顯示裝置或有機EL(Electro Luminescence：電致發光)顯示裝置等面板型顯示裝置。
記憶部644可由任意之記憶裝置或記憶媒體等構成，記憶距離圖像等。
藉由對以上之受光元件501及測距系統611採用上述之像素10之構造，可產生並輸出防止邊緣崩潰且實現高PDE(Photon Detection Efficiency)的距離圖像。
＜13.對電子機器之適用例＞ 上述之測距系統611例如可搭載於智慧型手機、平板型終端、行動電話機、個人電腦、遊戲機、電視接收機、穿戴式終端、數位靜態相機、數位攝像機等電子機器。
圖20係顯示作為搭載有測距系統611之電子機器之智慧型手機之構成例之方塊圖。
如圖20所示，智慧型手機701係經由匯流排711連接測距模組702、攝像裝置703、顯示器704、揚聲器705、麥克風706、通信模組707、感測器單元708、觸控面板709、及控制單元710而構成。又，於控制單元710中，藉由CPU執行程式，而具備作為應用處理部721及操作系統處理部722的功能。
對測距模組702適用圖19之測距系統611。例如將測距模組702配置於智慧型手機701之前表面，進行以智慧型手機701之使用者為對象之測距，藉此可將該使用者之臉部或手掌、手指等表面形狀之深度值作為測距結果而輸出。
攝像裝置703配置於智慧型手機701之前表面，進行以智慧型手機701之使用者為被攝體之攝像，藉此取得拍到該使用者之圖像。另，雖未圖示，但亦可採用於智慧型手機701之背面亦配置有攝像裝置703之構成。
顯示器704顯示用以進行由應用處理部721及操作系統處理部722執行之處理的操作畫面、或由攝像裝置703拍攝到之圖像等。揚聲器705及麥克風706例如於利用智慧型手機701進行通話時，進行對方側之聲音輸出及使用者之聲音之拾音。
通信模組707進行經由通信網路之通信。感測器單元708感測速度或加速度、靠近等，觸控面板709取得使用者對顯示器704上顯示之操作畫面進行之觸控操作。
應用處理部721進行用以利用智慧型手機701提供各種服務之處理。例如，應用處理部721可基於自測距模組702供給之深度圖，進行如下處理：製作虛擬地重現出使用者的表情之電腦繪圖而成的臉部，且將其顯示於顯示器704。又，應用處理部721可基於自測距模組702供給之深度圖，進行例如製作任意之立體物體之三維形狀資料的處理。
操作系統處理部722進行用以實現智慧型手機701之基本功能及動作的處理。例如，操作系統處理部722可基於自測距模組702供給之深度圖，進行認證使用者之臉部而解除智慧型手機701之鎖定的處理。又，操作系統處理部722可基於自測距模組702供給之深度圖，進行例如辨識使用者之手勢的處理，且可進行將依照該手勢之各種操作予以輸入的處理。
於如此構成之智慧型手機701中，藉由適用上述之測距系統1，例如可高精度且高速地產生深度圖。藉此，智慧型手機701可更正確地檢測測距資訊。
＜14.對移動體之應用例＞ 本揭示之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本揭示之技術亦可作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、腳踏車、個人移動載具、飛機、無人機、船舶、機器人等任一種類之移動體之裝置而實現。
圖21係顯示可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統之概略構成例的方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001連接之複數個電子控制單元。於圖21所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車體系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040及整合控制單元12050。又，作為整合控制單元12050之功能構成，圖示有微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface：介面)12053。
驅動系統控制單元12010依照各種程式控制與車輛之驅動系統關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等控制裝置發揮功能。
車體系統控制單元12020依照各種程式控制車體所裝備之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙啟動系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、尾燈、剎車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對車體系統控制單元12020輸入自替代鑰匙之可攜帶式機器發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，並控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛的外部資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接受光並輸出對應於該光之受光量之電性信號的光感測器。攝像部12031可將電性信號作為圖像輸出，亦可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031接受之光可為可見光，亦可為紅外線等非可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040連接有例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040可基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞程度或注意力集中程度，亦可判斷駕駛者是否在打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含避免車輛碰撞或緩和衝擊、基於車輛距離之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告或車輛偏離車道警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051可藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車輛周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行以不依據駕駛者之操作而自主行駛之自動駕駛為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030取得之車外之資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據由車外資訊檢測單元12030檢測出之前方車或對向車之位置控制頭燈，進行將遠光切換成近光等以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052將聲音及圖像中之至少一者之輸出信號發送至可對車輛之搭乘者或車外視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置。於圖21之例中，作為輸出裝置，例示有聲頻揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062亦可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖22係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖22中，車輛12100具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105，作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前保險桿、側視鏡、後保險桿、尾門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。前保險桿所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100側方之圖像。後保險桿或尾門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100後方之圖像。由攝像部12101及12105取得之前方圖像主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車道線等。
另，於圖22顯示攝像部12101至12104之攝像範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前保險桿之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113分別表示設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險桿或尾門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將由攝像部12101至12104拍攝之圖像資料重疊，而可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少一者亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少一者可為包含複數個攝像元件之立體相機，亦可為具有相位差檢測用像素之攝像元件。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得到達攝像範圍12111至12114內之各立體物之距離、及該距離之時間變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此可擷取尤其位於車輛12100之行進路上最近之立體物且在與車輛12100大致相同之方向以特定速度(例如為0 km/h以上)行駛之立體物，作為前方車。再者，微電腦12051可預先設定近前與前方車應確保之車間距離，進行自動剎車控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。可如此地進行以不依據駕駛者之操作而自主行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104獲得之距離資訊，將立體物相關之立體物資訊分類成二輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物並擷取，用於障礙物之自動避開。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物辨識為車輛12100之駕駛員可視認之障礙物與難以視認之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞危險性，當碰撞危險性為設定值以上，有可能碰撞之狀況時，經由聲頻揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避開轉向，藉此可進行用以避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少一者亦可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判斷攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在行人而辨識行人。該行人之辨識係根據例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之順序、及對表示物體輪廓之一連串特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之順序進行。若微電腦12051判斷攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人且辨識出行人，則聲音圖像輸出部12052以對該經辨識出之行人重疊顯示用以強調之方形輪廓線之方式，控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖標等顯示於期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，已對可適用本揭示之技術的車輛控制系統之一例進行說明。本揭示之技術可適用於以上說明之構成中之車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040。具體而言，作為車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040，藉由利用測距系統1之測距，進行辨識駕駛者之手勢之處理，執行依照該手勢之各種(例如，音頻系統、導航系統、空調系統)操作，可更正確地檢測駕駛者之狀態。又，可利用測距系統1之測距，辨識路面之凹凸，並使之反映至減震之控制。
本技術之實施形態並非限定於上述之實施形態者，在不脫離本技術之主旨之範圍內，可進行各種變更。
本說明書中說明之複數個本技術只要未產生矛盾，則可分別獨立地以單體實施。當然，亦可併用任意之複數個本技術而實施。又，可將上述之任意本技術之一部分或全部與上文未述之其他技術併用而實施。
又，例如，亦可分割作為1個裝置(或處理部)而說明之構成，而作為複數個裝置(或處理部)構成。反之，亦可整合以上作為複數個裝置(或處理部)說明之構成，而作為1個裝置(或處理部)構成。又，當然，亦可對各裝置(或各處理部)之構成附加上述者以外之構成。再者，若作為整個系統之構成或動作實質上相同，則亦可使其他裝置(或其他處理部)之構成包含某一裝置(或處理部)之構成之一部分。
再者，於本說明書中，所謂系統，意指複數個構成要件(裝置、模組(零件)等)之集合，所有構成要件是否位於同一殼體中並無關係。因此，收納於其他殼體，且經由網路連接之複數個裝置、及於1個殼體中收納有複數個模組之1個裝置皆為系統。
另，本說明書中記述之效果僅為例示，並非限定者，亦可有本說明書記述者以外之效果。
另，本技術可採取以下之構成。 (1) 一種受光元件，其具備： 像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。 (2) 如上述(1)之受光元件，其中 上述像素於與受光面為相反側之面及上述像素之邊界部附近之側面，進而具備上述第2導電型之第3半導體區域。 (3) 如上述(2)之受光元件，其中 上述第2半導體區域形成至在上述像素之邊界部附近之側面形成之上述第3半導體區域。 (4) 如上述(2)或(3)之受光元件，其中 於上述第2半導體區域、與形成於上述像素之邊界部附近之側面的上述第3半導體區域之間，具備上述第1導電型之第4半導體區域。 (5) 如上述(2)至(4)中任一項之受光元件，其中 上述像素於較上述第3半導體區域更外側之面，進而具備具有固定電荷之固定電荷膜。 (6) 如上述(2)至(5)中任一項之受光元件，其中 上述像素於較上述第3半導體區域更外側之上述像素邊界部，進而具備將像素間分離之像素分離部。 (7) 如上述(6)之受光元件，其中 對上述像素分離部施加特定電壓。 (8) 如上述(2)至(7)中任一項之受光元件，其中 於與陽極或陰極之一電極連接之上述第1半導體區域之第1接點部、及與另一電極連接之上述第3半導體區域之第2接點部之間，進而具備將上述第1接點部與上述第2接點部電性分離的分離層。 (9) 如上述(2)至(8)中任一項之受光元件，其中 與陽極或陰極之一電極連接之上述第1半導體區域之第1接點部、及與另一電極連接之上述第3半導體區域之第2接點部，配置於深度不同之位置。 (10) 如上述(1)至(9)中任一項之受光元件，其中 於較上述第2半導體區域更靠近上述受光面之位置，進而具備上述第1導電型之第4半導體區域、及與上述第4半導體區域相同導電型且雜質濃度較上述第4半導體區域淡之第5半導體區域。 (11) 如上述(1)至(9)中任一項之受光元件，其中 於較上述第2半導體區域更靠近上述受光面之位置，進而具備與上述第2半導體區域相同導電型且雜質濃度較上述第2半導體區域淡之第4半導體區域、及與上述第4半導體區域不同導電型之第5半導體區域。 (12) 如上述(1)至(11)中任一項之受光元件，其中 上述第1半導體區域之平面形狀為圓形狀。 (13) 如上述(1)至(11)中任一項之受光元件，其中 上述第1半導體區域之平面形狀為多邊形狀。 (14) 如上述(1)至(13)中任一項之受光元件，其中 上述第1半導體區域之直徑為2 μm以下。 (15) 如上述(1)至(14)中任一項之受光元件，其中 上述第1半導體區域與上述第2半導體區域之深度方向之相對距離為1000 nm以下。 (16) 如上述(1)至(15)中任一項之受光元件，其中 上述第1半導體區域與上述第2半導體區域各自之雜質濃度為1E+16/cm3 以上。 (17) 如上述(1)至(16)中任一項之受光元件， 其係將第1半導體基板與第2半導體基板積層的積層構造。 (18) 如上述(17)之受光元件，其中 於上述第1半導體基板形成有上述第1半導體區域及上述第2半導體區域；且 於上述第2半導體基板形成有控制上述像素之信號讀出之讀出控制電路。 (19) 如上述(18)之受光元件，其中 上述讀出控制電路包含控制淬熄動作或再充電動作的主動電路。 (20) 一種測距系統，其具備： 照明裝置，其照射照射光；及 受光元件，其接受由被攝體將上述照射光予以反射的反射光；且 上述受光元件具備： 像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。
10:像素 21:SPAD 22:恆定電流源 23:電晶體 24:反相器 31:半導體基板 41:n井 42:n型半導體區域 43:高濃度n型半導體區域 44:p型半導體區域 44':p型半導體區域 45:電洞蓄積區域 46:高濃度p型半導體區域 47:突崩增倍區域 48:像素分離部 51:接點電極 52:接點電極 61:外周區域 81:n型半導體區域 81':p型半導體區域 101:像素間槽部 102:絕緣層 121:固定電荷膜 141:絕緣層 161:導電構件 162:絕緣膜 201:第1基板 202:第2基板 212:配線層 311:半導體基板 312:配線層 331:金屬墊 332:金屬墊 333:層間絕緣膜 351:金屬墊 352:金屬墊 353:層間絕緣膜 401:反相器 402:可變反相器 403:NOR電路 404:反相器 405:MOS電晶體 501:受光元件 511:像素驅動部 512:像素陣列部 513:MUX 514:時間測量部 515:輸入輸出部 521:像素 522:像素驅動線 611:測距系統 612:被攝體 613:被攝體 621:照明裝置 622:攝像裝置 631:照明控制部 632:光源 641:攝像部 642:控制部 643:顯示部 644:記憶部 651:透鏡 652:受光元件 653:信號處理電路 701:智慧型手機 702:測距模組 703:攝像裝置 704:顯示器 705:揚聲器 706:麥克風 707:通信模組 708:感測器單元 709:觸控面板 710:控制單元 711:匯流排 721:應用處理部 722:操作系統處理部 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車體系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛者狀態檢測部 12050:整合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:聲頻揚聲器 12062:顯示部 12063:儀錶板 12100:車輛 12101~12105:攝像部 12111~12114:攝像範圍 PFout:檢測信號 t0~t4:時刻 Tr1:MOS電晶體 Tr2:MOS電晶體 VBD:崩潰電壓 VE:電源電壓 VG:選通控制信號 VS:陰極電壓 VSPAD:電源 Vth:閾值電壓
圖1係顯示使用SPAD之像素之電路構成例之圖。 圖2係說明圖1之像素動作之圖。 圖3A、B係顯示使用SPAD之像素之第1像素構造之圖。 圖4A、B係說明第1像素構造之作用效果之圖。 圖5係說明第1像素構造之作用效果之圖。 圖6係顯示第1像素構造之像素之第1變化例之剖視圖。 圖7係顯示第1像素構造之像素之第2變化例之剖視圖。 圖8A、B係第1像素構造之像素之俯視圖。 圖9A、B係顯示第1像素構造之像素之第3變化例之俯視圖。 圖10係顯示使用SPAD之像素之第2像素構造之剖視圖。 圖11係顯示第2像素構造之像素之變化例之剖視圖。 圖12係顯示使用SPAD之像素之第3像素構造之剖視圖。 圖13係顯示使用SPAD之像素之第4像素構造之剖視圖。 圖14A、B顯示使用SPAD之像素之第5像素構造之剖視圖。 圖15A、B顯示使用SPAD之像素之第6像素構造之剖視圖。 圖16係顯示積層構造之像素構造例之剖視圖。 圖17係顯示進行主動淬熄之像素之電路構成例之圖。 圖18係顯示適用本技術之受光元件之構成例之方塊圖。 圖19係顯示適用本技術之測距系統之構成例之方塊圖。 圖20係顯示作為適用本技術之電子機器之智慧型手機之構成例之方塊圖。 圖21係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖22係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
10:像素
31:半導體基板
41:n井
42:n型半導體區域
43:高濃度n型半導體區域
44:p型半導體區域
45:電洞蓄積區域
46:高濃度p型半導體區域
47:突崩增倍區域
48:像素分離部
51:接點電極
52:接點電極

Claims (20)

  1. 一種受光元件，其具備： 像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。
  2. 如請求項1之受光元件，其中 上述像素於上述受光面及上述像素之邊界部附近之側面，進而具備上述第2導電型之第3半導體區域。
  3. 如請求項2之受光元件，其中 上述第2半導體區域形成至在上述像素之邊界部附近之側面形成之上述第3半導體區域。
  4. 如請求項2之受光元件，其中 於上述第2半導體區域、與形成於上述像素之邊界部附近之側面的上述第3半導體區域之間，具備上述第1導電型之第4半導體區域。
  5. 如請求項2之受光元件，其中 上述像素於較上述第3半導體區域更外側之面，進而具備具有固定電荷之固定電荷膜。
  6. 如請求項2之受光元件，其中 上述像素於較上述第3半導體區域更外側之上述像素邊界部，進而具備將像素間分離之像素分離部。
  7. 如請求項6之受光元件，其中 對上述像素分離部施加特定電壓。
  8. 如請求項2之受光元件，其中 於與陽極或陰極之一電極連接之上述第1半導體區域之第1接點部、及與另一電極連接之上述第3半導體區域之第2接點部之間，進而具備將上述第1接點部與上述第2接點部電性分離的分離層。
  9. 如請求項2之受光元件，其中 與陽極或陰極之一電極連接之上述第1半導體區域之第1接點部、及與另一電極連接之上述第3半導體區域之第2接點部，配置於深度不同之位置。
  10. 如請求項1之受光元件，其中 於較上述第2半導體區域更靠近上述受光面之位置，進而具備上述第1導電型之第4半導體區域、及與上述第4半導體區域相同導電型且雜質濃度較上述第4半導體區域淡之第5半導體區域。
  11. 如請求項1之受光元件，其中 於較上述第2半導體區域更靠近上述受光面之位置，進而具備與上述第2半導體區域相同導電型且雜質濃度較上述第2半導體區域淡之第4半導體區域、及與上述第4半導體區域不同導電型之第5半導體區域。
  12. 如請求項1之受光元件，其中 上述第1半導體區域之平面形狀為圓形狀。
  13. 如請求項1之受光元件，其中 上述第1半導體區域之平面形狀為多邊形狀。
  14. 如請求項1之受光元件，其中 上述第1半導體區域之直徑為2 μm以下。
  15. 如請求項1之受光元件，其中 上述第1半導體區域與上述第2半導體區域之深度方向之相對距離為1000 nm以下。
  16. 如請求項1之受光元件，其中 上述第1半導體區域與上述第2半導體區域各自之雜質濃度為1E+16/cm3 以上。
  17. 如請求項1之受光元件， 其係將第1半導體基板與第2半導體基板積層的積層構造。
  18. 如請求項1之受光元件，其中 於上述第1半導體基板形成有上述第1半導體區域及上述第2半導體區域；且 於上述第2半導體基板形成有控制上述像素之信號讀出之讀出控制電路。
  19. 如請求項18之受光元件，其中 上述讀出控制電路包含控制淬熄動作或再充電動作的主動電路。
  20. 一種測距系統，其具備： 照明裝置，其照射出照射光；及 受光元件，其接受由被攝體將上述照射光予以反射的反射光；且 上述受光元件具備： 像素，其於第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域相反之第2導電型之第2半導體區域相接合之區域形成倍增區域，且將形成於較上述第1半導體區域更靠近受光面之位置的上述第2半導體區域之平面區域形成得較大。
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