WO2024057471A1 - 光電変換素子、固体撮像素子、測距システム - Google Patents

光電変換素子、固体撮像素子、測距システム Download PDF

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semiconductor layer
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伸絵 前川
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • the present disclosure relates to a photoelectric conversion element, a solid-state image sensor, and a ranging system.
  • Solid-state imaging devices in which a photoelectric conversion section is formed in a Si layer, a SiGe layer, or a Ge layer are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • a solid-state image sensor in which a photoelectric conversion section is formed in a Si layer the quantum efficiency Qe in the near-infrared region is low, and the sensor sensitivity in the near-infrared region is low.
  • a solid-state image sensor in which a photoelectric conversion part is formed in a SiGe layer or a Ge layer has a high quantum efficiency Qe in the near-infrared region, but compared to a Si layer, dark current is low due to defects at the oxide film interface. The problem is that it is large. Therefore, it is desirable to provide a photoelectric conversion element that can reduce dark current in a SiGe layer or a Ge layer, as well as a solid-state imaging device and a distance measuring system that include such a photoelectric conversion element for each pixel.
  • a photoelectric conversion element includes a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer, and a photodiode formed in the semiconductor layer.
  • This solid-state image sensor further includes a transistor and a Si layer.
  • a transistor has a source region and a drain region in a semiconductor layer, and has a gate electrode in contact with the semiconductor layer through a gate insulating film.
  • the Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.
  • a photoelectric conversion element includes a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer, and a photodiode formed in the semiconductor layer.
  • This solid-state image sensor further includes a transistor and a Si layer.
  • the transistor has a source region and a drain region within the semiconductor layer, and a gate electrode extending within the semiconductor layer.
  • the Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer and the gate electrode.
  • the solid-state image sensor includes a photoelectric conversion element for each pixel.
  • the photoelectric conversion element includes a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer, and a photodiode formed within the semiconductor layer.
  • This solid-state image sensor further includes a transistor and a Si layer.
  • the transistor has a source region and a drain region in a semiconductor layer, and a gate electrode in contact with the semiconductor layer through a gate insulating film.
  • the Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.
  • the solid-state image sensor includes a photoelectric conversion element for each pixel.
  • the photoelectric conversion element includes a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer, and a photodiode formed within the semiconductor layer.
  • This solid-state image sensor further includes a transistor and a Si layer.
  • the transistor has a source region and a drain region within the semiconductor layer, and a gate electrode extending within the semiconductor layer.
  • the Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer and the gate electrode.
  • the ranging system includes a photoelectric conversion element for each pixel.
  • the photoelectric conversion element includes a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer, and a photodiode formed within the semiconductor layer.
  • This solid-state image sensor further includes a transistor and a Si layer.
  • a transistor has a source region and a drain region in a semiconductor layer, and has a gate electrode in contact with the semiconductor layer through a gate insulating film.
  • the Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.
  • the ranging system includes a photoelectric conversion element for each pixel.
  • the photoelectric conversion element includes a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer, and a photodiode formed within the semiconductor layer.
  • This solid-state image sensor further includes a transistor and a Si layer.
  • the transistor has a source region and a drain region within the semiconductor layer, and a gate electrode extending within the semiconductor layer.
  • the Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer and the gate electrode.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel including a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing process of the photoelectric conversion element of FIG. 2.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3A.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3B.
  • FIG. 3C is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3C.
  • FIG. 3D is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3D.
  • FIG. 3E is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3E.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3A.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3B.
  • FIG. 3C is
  • FIG. 3F is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3F.
  • FIG. 3G is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3G.
  • FIG. 3H is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 3H.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element in FIG. 2; 3 is a diagram illustrating a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element of FIG. 4.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element in FIG.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8A.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8B.
  • FIG. 8C is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8C.
  • FIG. 8D is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8D.
  • FIG. 8E is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8E.
  • FIG. 8F is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8F.
  • 8G is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8G.
  • FIG. 8H is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8H.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8A.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8B.
  • FIG. 8C is a diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 8C.
  • FIG. 8D is a diagram for explaining a manufacturing process
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element in FIG. 2;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element in FIG. 2; It is a figure showing the example of application when the photoelectric conversion element concerning the above-mentioned embodiment and its modification is applied to a distance measuring device.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the photodetector shown in FIG. 11;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside-vehicle information detection section and an imaging section.
  • FIG. 1 shows an example of a circuit configuration of a pixel including a photoelectric conversion element 10 according to an embodiment of the present disclosure and a readout circuit 20 that reads a signal from the photoelectric conversion element 10.
  • the solid-state image sensor shown in FIG. 1 having a plurality of pixels is, for example, a back-illuminated image sensor such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the present disclosure is not limited to application to CMOS image sensors. Further, at least some of the pixels included in the solid-state image sensor include the photoelectric conversion element 10 according to an embodiment of the present disclosure and a readout circuit 20 that reads out signals from the photoelectric conversion element 10. There is.
  • the photoelectric conversion element 10 includes, for example, a photodiode PD, a transfer transistor TR electrically connected to the photodiode PD, and a floating diffusion FD that temporarily holds charges output from the photodiode PD via the transfer transistor TR. It has
  • the photodiode PD performs photoelectric conversion and generates charges according to the amount of received light.
  • the cathode of the photodiode PD is electrically connected to the source of the transfer transistor TR, and the anode of the photodiode PD is electrically connected to a reference potential line (eg, ground GND).
  • the drain of the transfer transistor TR is electrically connected to the floating diffusion FD, and the gate of the transfer transistor TR is electrically connected to the pixel drive line.
  • the transfer transistor TR is, for example, an NMOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor.
  • the readout circuit 20 includes, for example, a reset transistor RST, an amplification transistor AMP, and a selection transistor SEL.
  • the source of the reset transistor RST (the input end of the readout circuit 20) is electrically connected to the floating diffusion FD, and the drain of the reset transistor RST is electrically connected to the power supply line VDD and the drain of the amplification transistor AMP.
  • the gate of the reset transistor RST is electrically connected to the pixel drive line.
  • the source of the amplification transistor AMP is electrically connected to the drain of the selection transistor SEL, and the gate of the amplification transistor AMP is electrically connected to the floating diffusion FD.
  • the source of the selection transistor SEL (output end of the readout circuit 20) is electrically connected to the vertical signal line VSL, and the gate of the selection transistor SEL is electrically connected to the pixel drive line.
  • the reset transistor RST resets the potential of the floating diffusion FD to a predetermined potential.
  • the selection transistor SEL controls the output timing of the pixel signal from the readout circuit 20.
  • the amplification transistor AMP generates, as a pixel signal, a voltage signal corresponding to the level of the charge held in the floating diffusion FD.
  • the amplification transistor AMP constitutes a source follower type amplifier, and outputs a pixel signal with a voltage corresponding to the level of charge generated by the photodiode PD.
  • the selection transistor SEL When the selection transistor SEL is turned on, the amplification transistor AMP amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the outside of the pixel via the vertical signal line VSL.
  • FIG. 2 shows an example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element 10.
  • the photoelectric conversion element 10 has a structure in which a photodiode PD is formed within a semiconductor substrate 11.
  • the photoelectric conversion element 10 has a transistor tr on the upper surface of the semiconductor substrate 11 (lower side of the paper), and has a light receiving lens 21 and a light shielding layer 22 on the back surface of the semiconductor substrate 11 (upper side of the paper).
  • the transistor tr is, for example, an NMOS transistor.
  • the light receiving lens 21 is provided in the semiconductor substrate 11 at a location facing the photodiode PD, and guides light (incident light) incident from the outside to the photodiode PD.
  • the light shielding layer 22 is made of, for example, a metal material, and is provided so as to surround the light receiving lens 21 .
  • the light shielding layer 22 has a function of reducing light incident from adjacent pixels.
  • the semiconductor substrate 11 is, for example, a GeSi substrate (GeSi layer) or a Ge substrate (Ge layer).
  • the photodiode PD is formed within the semiconductor substrate 11 (for example, a GeSi substrate (GeSi layer) or a Ge substrate (Ge layer)).
  • the source region and drain region of the transistor tr are formed within the semiconductor substrate 11 (for example, a GeSi substrate (GeSi layer) or a Ge substrate (Ge layer)).
  • the gate of the transistor tr is formed on the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 with a gate insulating film 18 and a cap Si layer 12 interposed therebetween.
  • the cap Si layer 12 is formed at the interface between the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and the gate insulating film 18.
  • the cap Si layer 12 is formed in contact with the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11, and covers the entire upper surface S1 of the semiconductor substrate 11.
  • the thickness of the cap Si layer 12 is, for example, less than or equal to the critical thickness.
  • the gate insulating film 18 is formed in contact with the cap Si layer 12 and a buried insulating layer 15, which will be described later.
  • the gate insulating film 18 is made of, for example, SiO 2 or SiON.
  • the cap Si layer 12 is made of Si.
  • an isolation groove 17 is formed in the semiconductor substrate 11 to isolate the transistor tr.
  • the separation groove 17 is formed so as to surround the transistor tr in a plan view.
  • a cap Si layer 12 that contacts the bottom and side surfaces of the isolation trench 17 (that is, a part of the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11) and a buried insulating layer 15 that embeds the isolation trench 17 are provided in the isolation trench 17. .
  • the cap Si layer 12 is formed at the interface between the bottom and side surfaces of the isolation trench 17 and the buried insulating layer 15 .
  • the buried insulating layer 15 is made of, for example, SiO 2 .
  • the semiconductor substrate 11 is further formed with a pixel isolation structure 16 that insulates and isolates adjacent pixels from each other, as shown in FIG. 2, for example.
  • the pixel isolation structure 16 is formed in the semiconductor substrate 11 so as to surround the photodiode PD.
  • the pixel isolation structure 16 has an STI (Shallow Trench Isolation) structure at a location near the top surface of the semiconductor substrate 11, and at a location near the center and back surface S2 of the semiconductor substrate 11. It has a buried structure connected to the STI structure.
  • STI Shallow Trench Isolation
  • the pixel isolation structure 16 has a through hole 11T that penetrates the semiconductor substrate 11, for example, as shown in FIG.
  • a cap Si layer 12 is in contact with the inner surface of the through hole 11T (that is, a part of the surface of the semiconductor substrate 11), and an oxide film 13 is in contact with the surface of the cap Si layer 12 and covers the cap Si layer 12. and buried insulating layers 14 and 15 that fill the through hole 11T are provided.
  • the cap Si layer 12 is formed at the interface between the inner surface of the through hole 11T and the buried insulating layers 14 and 15.
  • the oxide film 13 covers not only the cap Si layer 12 inside the through hole 11T but also the back surface S2 of the semiconductor substrate 11.
  • the oxide film 13 is made of, for example, a silicon oxide film (SiOx).
  • the buried insulating layer 14 is provided not only to fill the inside of the through hole 11T but also to cover the oxide film 13 in contact with the back surface S2 of the semiconductor substrate 11.
  • the buried insulating layer 14 has a flat surface on which the light receiving lens 21 is formed.
  • the buried insulating layer 14 is made of, for example, Poly-Si, aluminum (Al), or tungsten (W) in the through hole 11T, and is made of, for example, SiO 2 in a place between the photodiode PD and the light receiving lens 21. It is configured.
  • an antireflection structure 11R is provided on the back surface S2 of the semiconductor substrate 11.
  • the antireflection structure 11R has, for example, an uneven shape formed on the back surface S2 of the semiconductor substrate 11.
  • the SiN layer 24 is formed on the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 (FIG. 3A).
  • an opening is formed at a predetermined location in the SiN layer 24 by using, for example, a photolithography method.
  • the semiconductor substrate 11 is selectively etched using the SiN layer 24 as a mask.
  • a separation groove 17 having a predetermined depth is formed in the semiconductor substrate 11 (FIG. 3B).
  • a cap Si layer 12 is formed that covers the entire upper surface S1 of the semiconductor substrate 11, including the inner surface of the separation trench 17.
  • the cap Si layer 12 is formed using a Si epitaxial growth method. As a result, the cap Si layer 12 is formed in contact with the entire upper surface S1 of the semiconductor substrate 11, including the inner surface of the separation trench 17 (FIG. 3C).
  • a buried insulating layer 15 is formed to fill the isolation trench 17 (FIG. 3D).
  • a gate insulating film 18 covering the cap Si layer 12 and the buried insulating layer 15
  • a gate electrode is formed.
  • a transistor tr having a source region and a drain region in the GeSi layer or the Ge layer is formed (FIG. 3E).
  • a wiring connected to the gate electrode is formed, and an insulating layer 19 embedding the wiring is formed (FIG. 3F).
  • the oxide film 13 is formed on the entire back surface S2 of the semiconductor substrate 11 (FIG. 3H).
  • a buried insulating layer 14 is formed to cover the back surface S2 of the semiconductor substrate 11 (FIG. 3I).
  • the light receiving lens 21 is formed on the buried insulating layer 14. In this way, the photoelectric conversion element 10 according to this embodiment is manufactured.
  • the source region and drain region of the photodiode PD and the transistor tr are formed in the semiconductor substrate 11 (for example, a GeSi substrate (GeSi layer) or a Ge substrate (Ge layer)).
  • a cap Si layer 12 is formed in contact with the interface of the semiconductor substrate 11 (specifically, the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and the inner surface of the through hole 11T). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface between the gate insulating film 18 and the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and at the interface between the pixel isolation structure 16 (oxide film 13) and the semiconductor substrate 11. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the cap Si layer 12 has a thickness that is less than or equal to the critical thickness. Thereby, the area of the photodiode PD made of GeSi or Ge can be increased. Further, when forming the cap Si layer 12 by epitaxial growth, manufacturing time can be shortened.
  • the cap Si layer 12 is also formed at the interface between the inner surface of the isolation trench 17 and the buried insulating layer 15. Thereby, generation of dark current at the interface between the inner surface of the isolation trench 17 and the buried insulating layer 15 can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the cap Si layer 12 is also formed at the interface between the inner surface of the through hole 11T, the buried insulating layer 15, and the oxide film 13. Thereby, generation of dark current at the interface between the inner surface of the through hole 11T and the buried insulating layer 15 and oxide film 13 can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the cap Si layer 12 covers the top surface S1 of the semiconductor substrate 11 and the back surface S2 (antireflection structure 11R, light incident surface) of the semiconductor substrate 11, for example, as shown in FIG. You can leave it there.
  • the cap Si layer 12 is in contact with the back surface S2 (antireflection structure 11R) of the semiconductor substrate 11, and is formed at the interface between the oxide film 13 and the back surface S2 (antireflection structure 11R) of the semiconductor substrate 11. .
  • generation of dark current at the interface between the oxide film 13 and the back surface S2 of the semiconductor substrate 11 can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the pixel isolation structure 16 may be omitted, for example, as shown in FIGS. 5 and 6. In this case, since there is no interface between the pixel isolation structure 16 (oxide film 13) and the semiconductor substrate 11, no dark current is generated at the interface between the pixel isolation structure 16 (oxide film 13) and the semiconductor substrate 11. .
  • the semiconductor substrate 11 may be a Si substrate.
  • the layer (GeSi layer) in which the photodiode PD and the source region and drain region of the transistor tr are formed in the semiconductor substrate 11 is formed by implanting Ge into the Si substrate, for example, as shown in FIG. It may be formed by.
  • 8A to 8I illustrate an example of the manufacturing process of the photoelectric conversion element 10 according to this modification.
  • Ge is implanted into a predetermined location of the semiconductor substrate 11, which is a Si substrate.
  • a GeSi layer which is a Ge-implanted region
  • a cap Si layer 12 which is a Ge-unimplanted region
  • openings are formed at predetermined locations in the SiN layer 24 by using, for example, a photolithography method.
  • the semiconductor substrate 11 is selectively etched using the SiN layer 24 as a mask.
  • a separation groove 17 having a predetermined depth is formed in the semiconductor substrate 11 (FIG. 8B).
  • a buried insulating layer 15 is formed to fill the isolation trench 17 (FIG. 8C).
  • a gate insulating film 18 covering the cap Si layer 12 and the buried insulating layer 15 (FIG. 8D)
  • a gate electrode is formed.
  • a transistor tr having a source region and a drain region in the GeSi layer is formed (FIG. 8E).
  • a wiring connected to the gate electrode is formed, and an insulating layer 19 embedding the wiring is formed (FIG. 8F).
  • the oxide film 13 is formed on the entire back surface S2 of the semiconductor substrate 11 (FIG. 8H).
  • a buried insulating layer 14 is formed to cover the back surface S2 of the semiconductor substrate 11 (FIG. 8I).
  • the light receiving lens 21 is formed on the buried insulating layer 14. In this way, the photoelectric conversion element 10 according to this modification is manufactured.
  • the source and drain regions of the photodiode PD and the transistor tr are formed in the GeSi region of the semiconductor substrate 11.
  • a cap Si layer 12 is formed on the interface of the semiconductor substrate 11 (specifically, the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and the inner surface of the through hole 11T). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface between the gate insulating film 18 and the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and at the interface between the pixel isolation structure 16 (oxide film 13) and the semiconductor substrate 11. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the gate electrode of the transistor tr may be formed to extend within the semiconductor substrate 11, as shown in FIG. 9, for example.
  • the transistor tr may be, for example, a transfer transistor TR.
  • a cap Si layer 12 is formed at the interface between the gate electrode of the transistor tr and the semiconductor substrate 11.
  • the thickness of the cap Si layer 12 is, for example, less than or equal to the critical thickness.
  • the cap Si layer 12 covers the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and covers the back surface S2 (antireflection structure 11R, light incident surface) of the semiconductor substrate 11, for example, as shown in FIG. May be covered.
  • generation of dark current at the interface between the oxide film 13 and the back surface S2 of the semiconductor substrate 11 can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the gate electrode of the transistor tr is arranged between a pair of electrodes that sandwich a part of the semiconductor substrate 11 from a direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor substrate 11, as shown in FIG. 10, for example. It may be constituted by an electrode (so-called fin structure).
  • a cap Si layer 12 is formed at the interface between the gate electrode of the transistor tr and the semiconductor substrate 11.
  • the thickness of the cap Si layer 12 is, for example, less than or equal to the critical thickness. Thereby, generation of dark current at the interface between the gate electrode of the transistor tr and the semiconductor substrate 11 can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • the cap Si layer 12 covers the upper surface S1 of the semiconductor substrate 11 and covers the back surface S2 (antireflection structure 11R, light incident surface) of the semiconductor substrate 11, for example, as shown in FIG. May be covered.
  • generation of dark current at the interface between the oxide film 13 and the back surface S2 of the semiconductor substrate 11 can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion element 10 with a small dark current.
  • FIG. 11 shows a schematic configuration example of a distance measuring system 100 using the photoelectric conversion element 10 according to the above embodiment and its modification.
  • the ranging system 100 is a ToF (Time Of Flight) sensor that emits light and detects reflected light reflected by a detection target.
  • the distance measurement system 100 includes, for example, a light emitting section 110, an optical system 120, a light detection section 130, a control section 140, and a communication section 150, as shown in FIG.
  • ToF Time Of Flight
  • the light emitting unit 110 emits a light pulse La (signal light) toward the detection target based on instructions from the control unit 140.
  • the light emitting unit 110 emits a light pulse La by performing a light emitting operation in which light emission and non-light emission are alternately repeated based on instructions from the control unit 140.
  • the light emitting unit 110 includes a light source that emits, for example, infrared light. This light source is configured using, for example, a laser light source or an LED (Light Emitting Diode).
  • the optical system 120 includes a lens that forms an image on the light receiving surface of the photodetector 130.
  • a light pulse (reflected light pulse Lb) emitted from the light emitting unit 110 and reflected by the object to be detected is incident on this optical system 120.
  • the light detection unit 130 detects the reflected light pulse Lb based on instructions from the control unit 140.
  • the light detection unit 130 generates distance image data based on the detection result, and outputs the generated distance image data to the outside via the communication unit 150.
  • the photodetection section 130 includes a pixel array section 131 in which the photoelectric conversion element 10 according to the above embodiment and its modification is provided for each pixel 40, a signal processing section 132, and an interface section. It has 133.
  • the pixel array section 131 has a plurality of pixels 40 that perform photoelectric conversion.
  • the plurality of pixels 40 are arranged in a matrix in the effective pixel area.
  • vertical signal lines VSL are wired along the column direction for each pixel column.
  • the vertical signal line VSL is a wiring for reading signals from the pixels 40.
  • One end of the vertical signal line VSL is connected to the signal processing section 132.
  • the signal processing unit 132 has a readout circuit for each pixel column of the pixel array unit 131, for example.
  • the readout circuit performs predetermined signal processing on the signal output from the corresponding pixel 40 through the vertical signal line VSL, and temporarily holds the pixel data after the signal processing.
  • the signal processing unit 132 sequentially outputs pixel data from the plurality of readout circuits to the interface unit 133 under the control of the control unit 140.
  • the interface unit 133 sequentially outputs the plurality of pixel data input from the signal processing unit 132 to the communication unit 150. In this way, the interface section 133 outputs the plurality of pixel data obtained by the pixel array section 131 to the communication section 150 as image data.
  • the control unit 140 controls the operation of the ranging system 100 by supplying control signals to the light emitting unit 110 and the light detection unit 130 and controlling these operations.
  • the photoelectric conversion element 10 according to the above embodiment and its modification is provided for each pixel 40.
  • the photoelectric conversion element 10 according to the above embodiment and its modification is provided in at least some of the pixels 40 among the plurality of pixels 40. This makes it possible to provide a highly accurate ranging system with less noise.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to any type of transportation such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility vehicle, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, an agricultural machine (tractor), etc. It may also be realized as a device mounted on the body.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile body control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • Vehicle control system 7000 includes multiple electronic control units connected via communication network 7010.
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an outside vehicle information detection unit 7400, an inside vehicle information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. .
  • the communication network 7010 connecting these plurality of control units is, for example, a network based on any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • LAN Local Area Network
  • FlexRay registered trademark
  • Each control unit includes a microcomputer that performs calculation processing according to various programs, a storage unit that stores programs executed by the microcomputer or parameters used in various calculations, and a drive circuit that drives various devices to be controlled. Equipped with Each control unit is equipped with a network I/F for communicating with other control units via the communication network 7010, and also communicates with devices or sensors inside and outside the vehicle through wired or wireless communication. A communication I/F is provided for communication. In FIG.
  • the functional configuration of the integrated control unit 7600 includes a microcomputer 7610, a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning section 7640, a beacon receiving section 7650, an in-vehicle device I/F 7660, an audio image output section 7670, An in-vehicle network I/F 7680 and a storage unit 7690 are illustrated.
  • the other control units similarly include a microcomputer, a communication I/F, a storage section, and the like.
  • the drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 7100 includes a drive force generation device such as an internal combustion engine or a drive motor that generates drive force for the vehicle, a drive force transmission mechanism that transmits the drive force to wheels, and a drive force transmission mechanism that controls the steering angle of the vehicle. It functions as a control device for a steering mechanism to adjust and a braking device to generate braking force for the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
  • a vehicle state detection section 7110 is connected to the drive system control unit 7100.
  • the vehicle state detection unit 7110 includes, for example, a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotation movement of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, or an operation amount of an accelerator pedal, an operation amount of a brake pedal, or a steering wheel. At least one sensor for detecting angle, engine rotational speed, wheel rotational speed, etc. is included.
  • the drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using signals input from the vehicle state detection section 7110, and controls the internal combustion engine, the drive motor, the electric power steering device, the brake device, and the like.
  • the body system control unit 7200 controls the operations of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a turn signal, or a fog lamp.
  • radio waves transmitted from a portable device that replaces a key or signals from various switches may be input to the body control unit 7200.
  • the body system control unit 7200 receives input of these radio waves or signals, and controls the door lock device, power window device, lamp, etc. of the vehicle.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is a power supply source for the drive motor, according to various programs. For example, information such as battery temperature, battery output voltage, or remaining battery capacity is input to the battery control unit 7300 from a battery device including a secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals, and controls the temperature adjustment of the secondary battery 7310 or the cooling device provided in the battery device.
  • the external information detection unit 7400 detects information external to the vehicle in which the vehicle control system 7000 is mounted. For example, at least one of an imaging section 7410 and an external information detection section 7420 is connected to the vehicle exterior information detection unit 7400.
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
  • the vehicle external information detection unit 7420 includes, for example, an environmental sensor for detecting the current weather or weather, or a sensor for detecting other vehicles, obstacles, pedestrians, etc. around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. At least one of the surrounding information detection sensors is included.
  • the environmental sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rainy weather, a fog sensor that detects fog, a sunlight sensor that detects the degree of sunlight, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the surrounding information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
  • the imaging section 7410 and the vehicle external information detection section 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device in which a plurality of sensors or devices are integrated.
  • FIG. 14 shows an example of the installation positions of the imaging section 7410 and the vehicle external information detection section 7420.
  • the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, and 7918 are provided, for example, at at least one of the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle 7900.
  • An imaging unit 7910 provided in the front nose and an imaging unit 7918 provided above the windshield inside the vehicle mainly acquire images in front of the vehicle 7900.
  • Imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirrors mainly capture images of the sides of the vehicle 7900.
  • An imaging unit 7916 provided in the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7918 provided above the windshield inside the vehicle is mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 14 shows an example of the imaging range of each of the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916.
  • Imaging range a indicates the imaging range of imaging unit 7910 provided on the front nose
  • imaging ranges b and c indicate imaging ranges of imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range d is The imaging range of an imaging unit 7916 provided in the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing image data captured by imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916, an overhead image of vehicle 7900 viewed from above can be obtained.
  • the external information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930 provided at the front, rear, sides, corners, and the upper part of the windshield inside the vehicle 7900 may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices.
  • External information detection units 7920, 7926, and 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle 7900 may be, for example, LIDAR devices.
  • These external information detection units 7920 to 7930 are mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, and the like.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 causes the imaging unit 7410 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image data. Further, the vehicle exterior information detection unit 7400 receives detection information from the vehicle exterior information detection section 7420 to which it is connected.
  • the external information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device
  • the external information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves, electromagnetic waves, etc., and receives information on the received reflected waves.
  • the external information detection unit 7400 may perform object detection processing such as a person, car, obstacle, sign, or text on the road surface or distance detection processing based on the received information.
  • the external information detection unit 7400 may perform environment recognition processing to recognize rain, fog, road surface conditions, etc. based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may calculate the distance to the object outside the vehicle based on the received information.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing for recognizing people, cars, obstacles, signs, characters on the road, etc., based on the received image data.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and also synthesizes image data captured by different imaging units 7410 to generate an overhead image or a panoramic image. Good too.
  • the outside-vehicle information detection unit 7400 may perform viewpoint conversion processing using image data captured by different imaging units 7410.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 detects in-vehicle information.
  • a driver condition detection section 7510 that detects the condition of the driver is connected to the in-vehicle information detection unit 7500.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera that images the driver, a biosensor that detects biometric information of the driver, a microphone that collects audio inside the vehicle, or the like.
  • the biosensor is provided, for example, on a seat surface or a steering wheel, and detects biometric information of a passenger sitting on a seat or a driver holding a steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, or determine whether the driver is dozing off. You may.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected audio signal.
  • the integrated control unit 7600 controls overall operations within the vehicle control system 7000 according to various programs.
  • An input section 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 is realized by, for example, a device such as a touch panel, a button, a microphone, a switch, or a lever that can be inputted by the passenger.
  • the integrated control unit 7600 may be input with data obtained by voice recognition of voice input through a microphone.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device that uses infrared rays or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) that is compatible with the operation of the vehicle control system 7000. You can.
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information using gestures. Alternatively, data obtained by detecting the movement of a wearable device worn by a passenger may be input. Further, the input section 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a passenger or the like using the input section 7800 described above and outputs it to the integrated control unit 7600. By operating this input unit 7800, a passenger or the like inputs various data to the vehicle control system 7000 and instructs processing operations.
  • the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, etc. Further, the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as a HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication with various devices existing in the external environment 7750.
  • the general-purpose communication I/F7620 supports cellular communication protocols such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution), or LTE-A (LTE-Advanced). , or other wireless communication protocols such as wireless LAN (also referred to as Wi-Fi (registered trademark)) or Bluetooth (registered trademark).
  • the general-purpose communication I/F 7620 connects to a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via a base station or an access point, for example. You may.
  • the general-purpose communication I/F 7620 uses, for example, P2P (Peer To Peer) technology to communicate with a terminal located near the vehicle (for example, a driver, a pedestrian, a store terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal). You can also connect it with a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via a base station or an access point, for example. You may.
  • P2P Peer To Peer
  • a terminal located near the vehicle for example, a driver, a pedestrian, a store terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal. You can also connect it with
  • the dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports communication protocols developed for use in vehicles.
  • the dedicated communication I/F 7630 uses standard protocols such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), which is a combination of lower layer IEEE802.11p and upper layer IEEE1609, DSRC (Dedicated Short Range Communications), or cellular communication protocol. May be implemented.
  • the dedicated communication I/F 7630 typically supports vehicle-to-vehicle communication, vehicle-to-infrastructure communication, vehicle-to-home communication, and vehicle-to-pedestrian communication. ) communication, which is a concept that includes one or more of the following:
  • the positioning unit 7640 performs positioning by receiving, for example, a GNSS signal from a GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite (for example, a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite), and determines the latitude, longitude, and altitude of the vehicle. Generate location information including. Note that the positioning unit 7640 may specify the current location by exchanging signals with a wireless access point, or may acquire location information from a terminal such as a mobile phone, PHS, or smartphone that has a positioning function.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • GPS Global Positioning System
  • the beacon receiving unit 7650 receives, for example, radio waves or electromagnetic waves transmitted from a wireless station installed on the road, and obtains information such as the current location, traffic jams, road closures, or required travel time. Note that the function of the beacon receiving unit 7650 may be included in the dedicated communication I/F 7630 described above.
  • the in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates connections between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 present in the vehicle.
  • the in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I/F 7660 connects to USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile High).
  • USB Universal Serial Bus
  • HDMI registered trademark
  • MHL Mobile High
  • the in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a mobile device or wearable device owned by a passenger, or an information device carried into or attached to the vehicle.
  • the in-vehicle device 7760 may include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination. or exchange data signals.
  • the in-vehicle network I/F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
  • the in-vehicle network I/F 7680 transmits and receives signals and the like in accordance with a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 communicates via at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning section 7640, a beacon reception section 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
  • the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs based on the information obtained. For example, the microcomputer 7610 calculates a control target value for a driving force generating device, a steering mechanism, or a braking device based on acquired information inside and outside the vehicle, and outputs a control command to the drive system control unit 7100. Good too.
  • the microcomputer 7610 can perform ADAS (Advanced Driver Assistance), which includes vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up based on the following distance, vehicle speed maintenance, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc. Coordination control may be performed for the purpose of realizing the functions of the system.
  • the microcomputer 7610 controls the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on the acquired information about the surroundings of the vehicle, so that the microcomputer 7610 can drive the vehicle autonomously without depending on the driver's operation. Cooperative control for the purpose of driving etc. may also be performed.
  • the microcomputer 7610 acquires information through at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning section 7640, a beacon reception section 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680. Based on this, three-dimensional distance information between the vehicle and surrounding objects such as structures and people may be generated, and local map information including surrounding information of the current position of the vehicle may be generated. Furthermore, the microcomputer 7610 may predict dangers such as a vehicle collision, a pedestrian approaching, or entering a closed road, based on the acquired information, and generate a warning signal.
  • the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or lighting a warning lamp.
  • the audio and image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of audio and images to an output device that can visually or audibly notify information to the occupants of the vehicle or to the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 7710, a display section 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
  • Display unit 7720 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • the display section 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be other devices other than these devices, such as headphones, a wearable device such as a glasses-type display worn by the passenger, a projector, or a lamp.
  • the output device When the output device is a display device, the display device displays results obtained from various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from other control units in various formats such as text, images, tables, graphs, etc. Show it visually. Further, when the output device is an audio output device, the audio output device converts an audio signal consisting of reproduced audio data or acoustic data into an analog signal and audibly outputs the analog signal.
  • control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
  • each control unit may be composed of a plurality of control units.
  • vehicle control system 7000 may include another control unit not shown.
  • some or all of the functions performed by one of the control units may be provided to another control unit.
  • predetermined arithmetic processing may be performed by any one of the control units.
  • sensors or devices connected to any control unit may be connected to other control units, and multiple control units may send and receive detection information to and from each other via communication network 7010. .
  • a computer program for realizing each function of the distance measuring system 100 described above can be implemented in any control unit or the like. It is also possible to provide a computer-readable recording medium in which such a computer program is stored.
  • the recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like.
  • the above computer program may be distributed, for example, via a network, without using a recording medium.
  • the distance measuring system 100 described above can be used, for example, as a light source steering unit of LIDAR as an environmental sensor. Further, image recognition in the imaging unit can also be performed by an optical computing unit using the distance measuring system 100 described above.
  • the distance measuring system 100 described above is used as a highly efficient and bright projection device, lines and characters can be projected onto the ground. Specifically, it can display lines so that people outside the vehicle can see where the car is passing when backing up, and it can display crosswalks with lights when giving way to pedestrians.
  • the components of the ranging system 100 described above may be realized in a module (for example, an integrated circuit module configured with one die) for the integrated control unit 7600 shown in FIG. .
  • the distance measuring system 100 described above may be realized by a plurality of control units of the vehicle control system 7000 shown in FIG. 31.
  • the present disclosure can take the following configuration.
  • a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer; a photodiode formed in the semiconductor layer; a transistor having a source region and a drain region in the semiconductor layer, and a gate electrode in contact with the semiconductor layer via a gate insulating film;
  • a photoelectric conversion element comprising: a Si layer formed at an interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.
  • the semiconductor layer has a light incidence surface and an oxide film covering the light incidence surface, The photoelectric conversion element according to (1) or (2), wherein the Si layer is also formed at an interface between the light incident surface and the oxide film.
  • the semiconductor layer has an isolation trench formed to surround the transistor, The photoelectric conversion element has a first buried insulating layer that buries the separation trench, The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (3), wherein the Si layer is also formed at an interface between the inner surface of the isolation trench and the first buried insulating layer.
  • the semiconductor layer has a through hole formed to surround the photodiode,
  • the photoelectric conversion element has a second buried insulating layer that buries the through hole,
  • the photoelectric conversion element according to any one of (1) to (4), wherein the Si layer is also formed at an interface between the inner surface of the through hole and the second buried insulating layer.
  • (6) a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer; a photodiode formed in the semiconductor layer; a transistor having a source region and a drain region within the semiconductor layer and a gate electrode extending within the semiconductor layer;
  • a photoelectric conversion element comprising: a Si layer formed at an interface between the semiconductor layer and the gate electrode.
  • the semiconductor layer has a light incidence surface and an oxide film covering the light incidence surface, The photoelectric conversion element according to (6) or (7), wherein the Si layer is also formed at an interface between the light incident surface and the oxide film.
  • the semiconductor layer has an isolation trench formed to surround the transistor, The photoelectric conversion element has a first buried insulating layer that buries the separation trench, The photoelectric conversion element according to any one of (6) to (8), wherein the Si layer is also formed at an interface between the inner surface of the isolation trench and the first buried insulating layer.
  • the semiconductor layer has a through hole formed to surround the photodiode,
  • the photoelectric conversion element has a second buried insulating layer that buries the through hole,
  • the photoelectric conversion element according to any one of (6) to (9), wherein the Si layer is also formed at an interface between the inner surface of the through hole and the second buried insulating layer.
  • the photoelectric conversion element is a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer; a photodiode formed in the semiconductor layer; a transistor having a source region and a drain region in the semiconductor layer, and a gate electrode in contact with the semiconductor layer via a gate insulating film;
  • a solid-state imaging device comprising: a Si layer formed at an interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.
  • the photoelectric conversion element is a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer; a photodiode formed in the semiconductor layer; a transistor having a source region and a drain region within the semiconductor layer and a gate electrode extending within the semiconductor layer;
  • a solid-state imaging device comprising: a Si layer formed at an interface between the semiconductor layer and the gate electrode.
  • the photoelectric conversion element is a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer; a photodiode formed in the semiconductor layer; a transistor having a source region and a drain region in the semiconductor layer, and a gate electrode in contact with the semiconductor layer via a gate insulating film;
  • a distance measuring system comprising: a Si layer formed at an interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.
  • the photoelectric conversion element is a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer; a photodiode formed within the semiconductor layer; a transistor having a source region and a drain region within the semiconductor layer and a gate electrode extending within the semiconductor layer; A distance measuring system comprising: a Si layer formed at an interface between the semiconductor layer and the gate electrode.
  • the source region and drain region of the photodiode and the transistor are formed in a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer.
  • a Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer (specifically, at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film). Therefore, a photoelectric conversion element with small dark current can be realized.
  • the source region and drain region of the photodiode and the transistor are formed in a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer.
  • a Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate electrode). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate electrode). Therefore, a photoelectric conversion element with small dark current can be realized.
  • the photodiode and the source region and drain region of the transistor are formed in a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer.
  • a Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer (specifically, at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film). Therefore, it is possible to realize a solid-state image sensor in which each pixel is provided with a photoelectric conversion element with a small dark current.
  • the photodiode and the source region and drain region of the transistor are formed in a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer.
  • a Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate electrode). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate electrode). Therefore, it is possible to realize a solid-state image sensor in which each pixel is provided with a photoelectric conversion element with a small dark current.
  • the photodiode and the source region and drain region of the transistor are formed in a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer.
  • a Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer (specifically, at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film). Therefore, it is possible to realize a distance measuring system in which each pixel is provided with a photoelectric conversion element with a small dark current.
  • the photodiode and the source region and drain region of the transistor are formed in a semiconductor layer that is a SiGe layer or a Ge layer.
  • a Si layer is formed at the interface between the semiconductor layer (specifically, at the interface between the semiconductor layer and the gate electrode). This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer (specifically, the interface between the semiconductor layer and the gate electrode). Therefore, it is possible to realize a distance measuring system in which each pixel is provided with a photoelectric conversion element with a small dark current.

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Abstract

本開示の一側面に係る光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを備えている。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して半導体層に接するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート絶縁膜との界面に形成されている。

Description

光電変換素子、固体撮像素子、測距システム
　本開示は、光電変換素子、固体撮像素子、測距システムに関する。
　Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層内に光電変換部が形成された固体撮像素子が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
特開２０１０－１８３０９５号公報
　ところで、Ｓｉ層内に光電変換部が形成された固体撮像素子では、近赤外領域の量子効率Ｑｅが低く、近赤外領域のセンサ感度が低い。一方で、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層内に光電変換部が形成された固体撮像素子では、近赤外領域の量子効率Ｑｅが高いが、Ｓｉ層と比べて、酸化膜界面での欠陥のため暗電流が大きいという問題がある。従って、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層における暗電流を小さくすることの可能な光電変換素子ならびに、そのような光電変換素子を画素ごとに備えた固体撮像素子および測距システムを提供することが望ましい。
　本開示の第１の側面に係る光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを備えている。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して半導体層に接するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート絶縁膜との界面に形成されている。
　本開示の第２の側面に係る光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを備えている。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、半導体層内に延在するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート電極との界面に形成されている。
　本開示の第３の側面に係る固体撮像素子は、光電変換素子を画素ごとに備えている。光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを有している。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して半導体層に接するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート絶縁膜との界面に形成されている。
　本開示の第４の側面に係る固体撮像素子は、光電変換素子を画素ごとに備えている。光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを有している。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、半導体層内に延在するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート電極との界面に形成されている。
　本開示の第５の側面に係る測距システムは、光電変換素子を画素ごとに備えている。光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを有している。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して半導体層に接するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート絶縁膜との界面に形成されている。
　本開示の第６の側面に係る測距システムは、光電変換素子を画素ごとに備えている。光電変換素子は、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、半導体層内に形成されたフォトダイオードとを有している。この固体撮像素子は、さらに、トランジスタと、Ｓｉ層とを備えている。トランジスタは、半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、半導体層内に延在するゲート電極を有している。Ｓｉ層は、半導体層とゲート電極との界面に形成されている。
本開示の一実施の形態に係る光電変換素子を備えた画素の回路構成例を表す図である。 図１の光電変換素子の断面構成例を表す図である。 図２の光電変換素子の製造工程について説明するための図である。 図３Ａに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｂに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｃに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｄに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｅに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｆに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｇに続く製造工程について説明するための図である。 図３Ｈに続く製造工程について説明するための図である。 図２の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図２の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図４の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図２の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図２の光電変換素子の製造工程について説明するための図である。 図８Ａに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｂに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｃに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｄに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｅに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｆに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｇに続く製造工程について説明するための図である。 図８Ｈに続く製造工程について説明するための図である。 図２の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図２の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 上記実施の形態およびその変形例に係る光電変換素子を測距装置に適用したときの適用例を表す図である。 図１１の光検出部の概略構成例を表す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜１．実施の形態＞
［構成］
　本開示の一実施の形態に係る光電変換素子について説明する。図１は、本開示の一実施の形態に係る光電変換素子１０と、光電変換素子１０から信号を読み出す読み出し回路２０とを備えた画素の回路構成例を表したものである。図１の画素を複数備えた固体撮像素子は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等からなる裏面照射型のイメージセンサである。固体撮像素子は、被写体からの光を受光して光電変換し、画素信号を生成することで画像を撮像する。固体撮像素子は、入射光に応じた画素信号を出力する。なお、本開示は、ＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではない。また、固体撮像素子に含まれる複数の画素のうち少なくとも一部の画素が、本開示の一実施の形態に係る光電変換素子１０と、光電変換素子１０から信号を読み出す読み出し回路２０とを備えている。
　光電変換素子１０は、例えば、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤと電気的に接続された転送トランジスタＴＲと、転送トランジスタＴＲ介してフォトダイオードＰＤから出力された電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョンＦＤとを有している。
　フォトダイオードＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する。フォトダイオードＰＤのカソードが転送トランジスタＴＲのソースに電気的に接続されており、フォトダイオードＰＤのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲのドレインがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続され、転送トランジスタＴＲのゲートは画素駆動線に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲは、例えば、ＮＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。
　読み出し回路２０は、例えば、リセットトランジスタＲＳＴと、増幅トランジスタＡＭＰと、選択トランジスタＳＥＬとを有している。
　リセットトランジスタＲＳＴのソース（読み出し回路２０の入力端）がフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰのドレインに電気的に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは画素駆動線に電気的に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに電気的に接続されており、増幅トランジスタＡＭＰのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されている。選択トランジスタＳＥＬのソース（読み出し回路２０の出力端）が垂直信号線ＶＳＬに電気的に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲートが画素駆動線に電気的に接続されている。転送トランジスタＴＲは、転送トランジスタＴＲがオン状態となると、フォトダイオードＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
　リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤの電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、読み出し回路２０からの画素信号の出力タイミングを制御する。
　増幅トランジスタＡＭＰは、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロア型のアンプを構成しており、フォトダイオードＰＤで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力するものである。増幅トランジスタＡＭＰは、選択トランジスタＳＥＬがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、垂直信号線ＶＳＬを介して画素外へ出力する。
　図２は、光電変換素子１０の断面構成の一例を表したものである。光電変換素子１０は、半導体基板１１内にフォトダイオードＰＤが形成された構成となっている。光電変換素子１０は、半導体基板１１の上面（紙面の下側）にトランジスタｔｒを有しており、半導体基板１１の裏面（紙面の上側）に受光レンズ２１および遮光層２２を有している。トランジスタｔｒは、例えば、ＮＭＯＳトランジスタである。受光レンズ２１は、半導体基板１１内のフォトダイオードＰＤと対向する箇所に設けられており、外部から入射した光（入射光）をフォトダイオードＰＤへ導く。遮光層２２は、例えば、金属材料によって構成されており、受光レンズ２１の周囲を囲むように設けられている。遮光層２２は、隣接する画素からの光入射を低減する機能を有している。
　半導体基板１１は、例えば、ＧｅＳｉ基板（ＧｅＳｉ層）またはＧｅ基板（Ｇｅ層）である。フォトダイオードＰＤは、半導体基板１１内（例えば、ＧｅＳｉ基板（ＧｅＳｉ層）またはＧｅ基板（Ｇｅ層））内に形成されている。トランジスタｔｒのソース領域およびドレイン領域は、半導体基板１１内（例えば、ＧｅＳｉ基板（ＧｅＳｉ層）またはＧｅ基板（Ｇｅ層））内に形成されている。トランジスタｔｒのゲートは、例えば、図２に示したように、半導体基板１１の上面Ｓ１に、ゲート絶縁膜１８およびキャップＳｉ層１２を介して形成されている。キャップＳｉ層１２は、半導体基板１１の上面Ｓ１とゲート絶縁膜１８との界面に形成されている。
　キャップＳｉ層１２は、半導体基板１１の上面Ｓ１に接して形成されており、半導体基板１１の上面Ｓ１全体を覆っている。キャップＳｉ層１２の厚さは、例えば、臨界膜厚以下となっている。ゲート絶縁膜１８は、キャップＳｉ層１２および後述の埋め込み絶縁層１５に接して形成されている。ゲート絶縁膜１８は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮによって構成されている。キャップＳｉ層１２は、Ｓｉによって構成されている。
　半導体基板１１には、例えば、図２に示したように、トランジスタｔｒを分離する分離溝１７が形成されている。分離溝１７は、平面視においてトランジスタｔｒを囲むように形成されている。分離溝１７内には、分離溝１７の底面および側面（つまり、半導体基板１１の上面Ｓ１の一部）に接するキャップＳｉ層１２と、分離溝１７を埋め込む埋め込み絶縁層１５とが設けられている。キャップＳｉ層１２は、分離溝１７の底面および側面と埋め込み絶縁層１５との界面に形成されている。埋め込み絶縁層１５は、例えば、ＳｉＯ２によって構成されている。
　半導体基板１１には、さらに、例えば、図２に示したように、互いに隣接する画素同士を絶縁分離する画素分離構造１６が形成されている。画素分離構造１６は、半導体基板１１において、フォトダイオードＰＤを囲むように形成されている。画素分離構造１６は、例えば、図２に示したように、半導体基板１１の上面寄りの箇所にＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造を有しており、半導体基板１１の中央および裏面Ｓ２寄りの箇所にＳＴＩ構造と連結された埋め込み構造を有している。
　画素分離構造１６は、例えば、図２に示したように、半導体基板１１を貫通する貫通孔１１Ｔを有している。貫通孔１１Ｔ内には、貫通孔１１Ｔの内面（つまり、半導体基板１１の表面の一部）に接するキャップＳｉ層１２と、キャップＳｉ層１２の表面に接するとともにキャップＳｉ層１２を覆う酸化膜１３と、貫通孔１１Ｔを埋め込む埋め込み絶縁層１４，１５とが設けられている。キャップＳｉ層１２は、貫通孔１１Ｔの内面と埋め込み絶縁層１４，１５との界面に形成されている。
　酸化膜１３は、貫通孔１１Ｔ内のキャップＳｉ層１２だけでなく、半導体基板１１の裏面Ｓ２も覆っている。酸化膜１３は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）によって構成されている。埋め込み絶縁層１４は、貫通孔１１Ｔ内を埋め込むだけでなく、半導体基板１１の裏面Ｓ２に接する酸化膜１３を覆うように設けられている。埋め込み絶縁層１４は、受光レンズ２１の形成面となる平坦面を有している。埋め込み絶縁層１４は、貫通孔１１Ｔ内において、例えばＰｏｌｙ－Ｓｉ、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）によって構成されており、フォトダイオードＰＤと受光レンズ２１との間の箇所において、例えばＳｉＯ２によって構成されている。
　半導体基板１１の裏面Ｓ２には、例えば、図２に示したように、反射防止構造１１Ｒが設けられている。反射防止構造１１Ｒは、例えば、半導体基板１１の裏面Ｓ２に形成された凹凸形状となっている。
［製造方法］
　次に、本実施の形態に光電変換素子１０の製造方法について説明する。図３Ａ～図３Ｊは、本実施の形態に係る光電変換素子１０の製造工程の一例を表したものである。
　まず、半導体基板１１の上面Ｓ１にＳｉＮ層２４を形成する（図３Ａ）。次に、例えば、フォトリソグラフィ法を用いることにより、ＳｉＮ層２４の所定の箇所に開口を形成する。続いて、例えば、ドライエッチング法を用いることにより、ＳｉＮ層２４をマスクとして、半導体基板１１を選択的にエッチングする。これにより、半導体基板１１に対して所定の深さの分離溝１７が形成される（図３Ｂ）。
　次に、分離溝１７の内面を含む半導体基板１１の上面Ｓ１全体を覆うキャップＳｉ層１２を形成する。例えば、Ｓｉエピタキシャル成長法を用いてキャップＳｉ層１２を形成する。これにより、分離溝１７の内面を含む半導体基板１１の上面Ｓ１全体に接するキャップＳｉ層１２が形成される（図３Ｃ）。
　次に、分離溝１７を埋め込む埋め込み絶縁層１５を形成する（図３Ｄ）。続いて、キャップＳｉ層１２および埋め込み絶縁層１５を覆うゲート絶縁膜１８を形成した後、ゲート電極を形成する。これにより、ＧｅＳｉ層もしくはＧｅ層にソース領域およびドレイン領域を有するトランジスタｔｒが形成される（図３Ｅ）。その後、ゲート電極に接続された配線を形成するとともに、配線を埋め込む絶縁層１９を形成する（図３Ｆ）。
　次に、半導体基板１１の裏面Ｓ２に対して反射防止構造１１Ｒを形成した後（図３Ｇ）、半導体基板１１の裏面Ｓ２全体に対して酸化膜１３を形成する（図３Ｈ）。その後、半導体基板１１の裏面Ｓ２を覆うように埋め込み絶縁層１４を形成する（図３Ｉ）。最後に、埋め込み絶縁層１４上に受光レンズ２１を形成する。このようにして、本実施の形態に係る光電変換素子１０が製造される。
［効果］
　次に、本実施の形態に係る本実施の形態に係る光電変換素子１０の効果について説明する。
　本実施の形態では、フォトダイオードＰＤおよびトランジスタｔｒのソース領域およびドレイン領域が、半導体基板１１（例えば、ＧｅＳｉ基板（ＧｅＳｉ層）またはＧｅ基板（Ｇｅ層））内に形成されている。そして、半導体基板１１の界面となる部分（具体的には、半導体基板１１の上面Ｓ１および貫通孔１１Ｔの内面）にはキャップＳｉ層１２が接して形成されている。これにより、ゲート絶縁膜１８と半導体基板１１の上面Ｓ１との界面や、画素分離構造１６（酸化膜１３）と半導体基板１１との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
　本実施の形態では、キャップＳｉ層１２が臨界膜厚以下の厚さとなっている。これにより、ＧｅＳｉまたはＧｅで構成されるフォトダイオードＰＤの面積を広くとることが出来る。また、エピタキシャル成長でキャップＳｉ層１２を形成する場合、製造時間を短くすることができる。
　本実施の形態では、キャップＳｉ層１２が分離溝１７の内面と埋め込み絶縁層１５との界面にも形成されている。これにより、分離溝１７の内面と埋め込み絶縁層１５との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
　本実施の形態では、キャップＳｉ層１２が貫通孔１１Ｔの内面と埋め込み絶縁層１５および酸化膜１３との界面にも形成されている。これにより、貫通孔１１Ｔの内面と埋め込み絶縁層１５および酸化膜１３との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
＜２．変形例＞
　次に、上記実施の形態に係る光電変換素子１０の変形例について説明する。以下では、共通の構成要素に対しては、共通の符号を付与し、共通の構成要素についての説明を適宜、省略するものとする。
[変形例Ａ]
　上記実施の形態において、キャップＳｉ層１２が、例えば、図４に示したように、半導体基板１１の上面Ｓ１を覆うとともに、半導体基板１１の裏面Ｓ２（反射防止構造１１Ｒ、光入射面）を覆っていてもよい。このとき、キャップＳｉ層１２は、半導体基板１１の裏面Ｓ２（反射防止構造１１Ｒ）に接しており、酸化膜１３と半導体基板１１の裏面Ｓ２（反射防止構造１１Ｒ）との界面に形成されている。このようにした場合には、酸化膜１３と半導体基板１１の裏面Ｓ２との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
[変形例Ｂ]
　上記実施の形態およびその変形例において、例えば、図５、図６に示したように、画素分離構造１６が省略されていてもよい。この場合には、画素分離構造１６（酸化膜１３）と半導体基板１１との界面がそもそも存在しないので、画素分離構造１６（酸化膜１３）と半導体基板１１との界面における暗電流の発生がない。
[変形例Ｃ] 
　上記変形例Ａにおいて、半導体基板１１が、Ｓｉ基板であってもよい。このとき、半導体基板１１のうち、フォトダイオードＰＤおよびトランジスタｔｒのソース領域およびドレイン領域が形成される層（ＧｅＳｉ層）が、例えば、図７に示したように、Ｓｉ基板に対してＧｅを注入することにより形成されていてもよい。
　次に、本変形例に光電変換素子１０の製造方法について説明する。図８Ａ～図８Ｉは、本変形例に係る光電変換素子１０の製造工程の一例を表したものである。
　まず、Ｓｉ基板である半導体基板１１のうち、所定の箇所にＧｅを注入する。これにより、半導体基板１１に対して、Ｇｅ注入領域であるＧｅＳｉ層と、Ｇｅ未注入領域であるキャップＳｉ層１２とが形成される（図８Ａ）。次に、半導体基板１１の上面Ｓ１にＳｉＮ層２４を形成した後、例えば、フォトリソグラフィ法を用いることにより、ＳｉＮ層２４の所定の箇所に開口を形成する。続いて、例えば、ドライエッチング法を用いることにより、ＳｉＮ層２４をマスクとして、半導体基板１１を選択的にエッチングする。これにより、半導体基板１１に対して所定の深さの分離溝１７が形成される（図８Ｂ）。
　次に、分離溝１７を埋め込む埋め込み絶縁層１５を形成する（図８Ｃ）。続いて、キャップＳｉ層１２および埋め込み絶縁層１５を覆うゲート絶縁膜１８を形成した後（図８Ｄ）、ゲート電極を形成する。これにより、ＧｅＳｉ層にソース領域およびドレイン領域を有するトランジスタｔｒが形成される（図８Ｅ）。その後、ゲート電極に接続された配線を形成するとともに、配線を埋め込む絶縁層１９を形成する（図８Ｆ）。
　次に、半導体基板１１の裏面Ｓ２に対して反射防止構造１１Ｒを形成した後（図８Ｇ）、半導体基板１１の裏面Ｓ２全体に対して酸化膜１３を形成する（図８Ｈ）。その後、半導体基板１１の裏面Ｓ２を覆うように埋め込み絶縁層１４を形成する（図８Ｉ）。最後に、埋め込み絶縁層１４上に受光レンズ２１を形成する。このようにして、本変形例に係る光電変換素子１０が製造される。
　本変形例では、フォトダイオードＰＤおよびトランジスタｔｒのソース領域およびドレイン領域が、半導体基板１１のうち、ＧｅＳｉ領域に形成されている。そして、半導体基板１１の界面となる部分（具体的には、半導体基板１１の上面Ｓ１および貫通孔１１Ｔの内面）にはキャップＳｉ層１２が形成されている。これにより、ゲート絶縁膜１８と半導体基板１１の上面Ｓ１との界面や、画素分離構造１６（酸化膜１３）と半導体基板１１との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
[変形例Ｄ]
　上記実施の形態およびその変形例において、トランジスタｔｒのゲート電極が、例えば、図９に示したように、半導体基板１１内に延在して形成されていてもよい。本変形例において、トランジスタｔｒは、例えば、転送トランジスタＴＲであってもよい。このとき、トランジスタｔｒのゲート電極と半導体基板１１との界面には、キャップＳｉ層１２が形成されている。キャップＳｉ層１２の厚さは、例えば、臨界膜厚以下となっている。これにより、トランジスタｔｒのゲート電極と半導体基板１１との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。なお、本変形例において、キャップＳｉ層１２が、例えば、図４に示したように、半導体基板１１の上面Ｓ１を覆うとともに、半導体基板１１の裏面Ｓ２（反射防止構造１１Ｒ、光入射面）を覆っていてもよい。このようにした場合には、酸化膜１３と半導体基板１１の裏面Ｓ２との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
[変形例Ｅ] 
　上記実施の形態およびその変形例において、トランジスタｔｒのゲート電極が、例えば、図１０に示したように、半導体基板１１の一部を、半導体基板１１の厚さ方向と直交する方向から挟み込む一対の電極（いわゆるフィン構造）によって構成されていてもよい。このとき、トランジスタｔｒのゲート電極と半導体基板１１との界面には、キャップＳｉ層１２が形成されている。キャップＳｉ層１２の厚さは、例えば、臨界膜厚以下となっている。これにより、トランジスタｔｒのゲート電極と半導体基板１１との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。なお、本変形例において、キャップＳｉ層１２が、例えば、図４に示したように、半導体基板１１の上面Ｓ１を覆うとともに、半導体基板１１の裏面Ｓ２（反射防止構造１１Ｒ、光入射面）を覆っていてもよい。このようにした場合には、酸化膜１３と半導体基板１１の裏面Ｓ２との界面における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子１０を実現することができる。
＜３．適用例＞
　次に、上記実施の形態およびその変形例に係る光電変換素子１０の適用例について説明する。以下では、共通の構成要素に対しては、共通の符号を付与し、共通の構成要素についての説明を適宜、省略するものとする。
[適用例Ａ]
　図１１は、上記実施の形態およびその変形例に係る光電変換素子１０を用いた測距システム１００の概略構成例を表したものである。測距システム１００は、ＴｏＦ（Time Of Flight）センサであり、光を射出するとともに、検出対象物により反射された反射光を検出する。測距システム１００は、例えば、図１１に示したように、発光部１１０と、光学系１２０と、光検出部１３０と、制御部１４０と、通信部１５０とを備えている。
　発光部１１０は、制御部１４０からの指示に基づいて、検出対象物に向かって光パルスＬａ（信号光）を発する。発光部１１０は、制御部１４０からの指示に基づいて、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うことにより光パルスＬａを発する。発光部１１０は、例えば赤外光を出射する光源を有する。この光源は、例えば、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いて構成される。
　光学系１２０は、光検出部１３０の受光面において像を結像させるレンズを含んで構成される。この光学系１２０には、発光部１１０から出射され、検出対象物により反射された光パルス（反射光パルスＬｂ）が入射するようになっている。
　光検出部１３０は、制御部１４０からの指示に基づいて、反射光パルスＬｂを検出する。光検出部１３０は、検出結果に基づいて距離画像データを生成し、生成した距離画像データを、通信部１５０を介して外部に出力する。光検出部１３０は、例えば、図１２に示したように、上記実施の形態およびその変形例に係る光電変換素子１０が画素４０ごとに設けられた画素アレイ部１３１、信号処理部１３２およびインターフェース部１３３を有している。
　画素アレイ部１３１は、光電変換を行う複数の画素４０を有している。複数の画素４０は、有効画素領域において行列状に配置されている。画素アレイ部１３１では、画素列ごとに垂直信号線ＶＳＬが列方向に沿って配線されている。垂直信号線ＶＳＬは、画素４０から信号を読み出すための配線である。垂直信号線ＶＳＬの一端は信号処理部１３２に接続されている。
　信号処理部１３２は、例えば、画素アレイ部１３１の画素列ごとに、読み出し回路を有している。読み出し回路は、対応する画素４０から垂直信号線ＶＳＬを通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素データを一時的に保持する。信号処理部１３２は、制御部１４０による制御に従って、複数の読み出し回路から画素データを順番にインターフェース部１３３に出力する。インターフェース部１３３は、信号処理部１３２から入力された複数の画素データを順次、通信部１５０に出力する。このようにして、インターフェース部１３３は、画素アレイ部１３１で得られた複数の画素データを画像データとして通信部１５０に出力する。制御部１４０は、発光部１１０および光検出部１３０に制御信号を供給し、これらの動作を制御することにより、測距システム１００の動作を制御する。
　本適用例では、上記実施の形態およびその変形例に係る光電変換素子１０が画素４０ごとに設けられている。または、本適用例では、上記実施の形態およびその変形例に係る光電変換素子１０が複数の画素４０のうち少なくとも一部の画素４０に設けられている。これにより、ノイズが少なく精度の高い測距システムを提供することができる。
［適用例Ｂ］
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１３に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller　Area　Network）、ＬＩＮ（Local　Interconnect　Network）、ＬＡＮ（Local　Area　Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネッ
トワークであってよい。
　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１３では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock　Brake　System）又はＥＳＣ（Electronic　Stability　Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time　Of　Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light　Detection　and　Ranging、Laser　Imaging　Detection　and　Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
　ここで、図１４は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１４には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
　図１３に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal　Digital　Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random　Access　Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard　Disc　Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global　System　of　Mobile　communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long　Term　Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer　To　Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine　Type　Communication）端末）と接続してもよい。
　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless　Access　in　Vehicle　Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated　Short　Range　Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle　to　Vehicle）通信、路車間（Vehicle　to　Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle　to　Home）の通信及び歩車間（Vehicle　to　Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near　Field　Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless　USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface、又はＭＨＬ（Mobile　High-definition　Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced　Driver　Assistance
　System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented　Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
　なお、図１３に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
　なお、上述の測距システム１００の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
　以上説明した車両制御システム７０００において、上述の測距システム１００は、例えば，環境センサとしてのLIDARの光源ステアリング部として用いることができる。また，撮像部における画像認識を、上述の測距システム１００を用いた光コンピューティングユニットで行うこともできる。上述の測距システム１００を、高効率・高輝度なプロジェクションデバイスとして用いた場合は，地面に線や文字を投影することができる。具体的には、車が後退する際に車外の人が車の通る位置が分かるように線を表示したり、歩行者に道を譲る場合に横断歩道を光で表示したりすることができる。
　また、上述の測距システム１００の少なくとも一部の構成要素は、図１３に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。あるいは、上述の測距システム１００が、図３１に示した車両制御システム７０００の複数の制御ユニットによって実現されてもよい。
　以上、実施の形態およびその変形例、ならびに適用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
　また、例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に接するゲート電極を有するトランジスタと、
　前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に形成されたＳｉ層と
　を備えた
　光電変換素子。
（２）
　前記Ｓｉ層は、臨界膜厚以下の厚さとなっている
　（１）に記載の光電変換素子。
（３）
　前記半導体層は、光入射面と、前記光入射面を覆う酸化膜とを有し、
　前記Ｓｉ層は、前記光入射面と前記酸化膜との界面にも形成されている
　（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（４）
　前記半導体層は、前記トランジスタを囲むように形成された分離溝を有し、
　当該光電変換素子は、前記分離溝を埋め込む第１の埋め込み絶縁層を有し、
　前記Ｓｉ層は、前記分離溝の内面と前記第１の埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
　（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（５）
　前記半導体層は、前記フォトダイオードを囲むように形成された貫通孔を有し、
　当該光電変換素子は、前記貫通孔を埋め込む第２の埋め込み絶縁層を有し、
　前記Ｓｉ層は、前記貫通孔の内面と前記第２の埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
　（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（６）
　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、前記半導体層内に延在するゲート電極を有するトランジスタと、
　前記半導体層と前記ゲート電極との界面に形成されたＳｉ層と
　を備えた
　光電変換素子。
（７）
　前記Ｓｉ層は、臨界膜厚以下の厚さとなっている
　（６）に記載の光電変換素子。
（８）
　前記半導体層は、光入射面と、前記光入射面を覆う酸化膜とを有し、
　前記Ｓｉ層は、前記光入射面と前記酸化膜との界面にも形成されている
　（６）または（７）に記載の光電変換素子。
（９）
　前記半導体層は、前記トランジスタを囲むように形成された分離溝を有し、
　当該光電変換素子は、前記分離溝を埋め込む第１の埋め込み絶縁層を有し、
　前記Ｓｉ層は、前記分離溝の内面と前記第１の埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
　（６）ないし（８）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１０）
　前記半導体層は、前記フォトダイオードを囲むように形成された貫通孔を有し、
　当該光電変換素子は、前記貫通孔を埋め込む第２の埋め込み絶縁層を有し、
　前記Ｓｉ層は、前記貫通孔の内面と前記第２の埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
　（６）ないし（９）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１１）
　光電変換素子を画素ごとに備え、
　前記光電変換素子は、
　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に接するゲート電極を有するトランジスタと、
　前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に形成されたＳｉ層と
　を有する
　固体撮像素子。
（１２）
　光電変換素子を画素ごとに備え、
　前記光電変換素子は、
　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、前記半導体層内に延在するゲート電極を有するトランジスタと、
　前記半導体層と前記ゲート電極との界面に形成されたＳｉ層と
　を有する
　固体撮像素子。
（１３）
　光電変換素子を画素ごとに備え、
　前記光電変換素子は、
　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に接するゲート電極を有するトランジスタと、
　前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に形成されたＳｉ層と
　を有する
　測距システム。
（１４）
　光電変換素子を画素ごとに備え、
　前記光電変換素子は、
　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、前記半導体層内に延在するゲート電極を有するトランジスタと、
　前記半導体層と前記ゲート電極との界面に形成されたＳｉ層と
　を有する
　測距システム。
　本開示の第１の側面に係る光電変換素子では、フォトダイオードおよびトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層内に形成されている。そして、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート絶縁膜との界面）には、Ｓｉ層が形成されている。これにより、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート絶縁膜との界面）における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子を実現することができる。
　本開示の第２の側面に係る光電変換素子では、フォトダイオードおよびトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層内に形成されている。そして、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート電極との界面）には、Ｓｉ層が形成されている。これにより、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート電極との界面）における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子を実現することができる。
　本開示の第３の側面に係る固体撮像素子では、フォトダイオードおよびトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層内に形成されている。そして、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート絶縁膜との界面）には、Ｓｉ層が形成されている。これにより、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート絶縁膜との界面）における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子を画素ごとに備えた固体撮像素子を実現することができる。
　本開示の第４の側面に係る固体撮像素子では、フォトダイオードおよびトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層内に形成されている。そして、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート電極との界面）には、Ｓｉ層が形成されている。これにより、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート電極との界面）における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子を画素ごとに備えた固体撮像素子を実現することができる。
　本開示の第５の側面に係る測距システムでは、フォトダイオードおよびトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層内に形成されている。そして、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート絶縁膜との界面）には、Ｓｉ層が形成されている。これにより、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート絶縁膜との界面）における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子を画素ごとに備えた測距システムを実現することができる。
　本開示の第６の側面に係る測距システムでは、フォトダイオードおよびトランジスタのソース領域およびドレイン領域が、ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層内に形成されている。そして、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート電極との界面）には、Ｓｉ層が形成されている。これにより、半導体層の界面となる部分（具体的には、半導体層とゲート電極との界面）における暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流の小さな光電変換素子を画素ごとに備えた測距システムを実現することができる。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (14)

  1. 　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
    　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
    　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に接するゲート電極を有するトランジスタと、
    　前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に形成されたＳｉ層と
    　を備えた
    　光電変換素子。
  2. 　前記Ｓｉ層は、臨界膜厚以下の厚さとなっている
    　請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 　前記半導体層は、光入射面と、前記光入射面を覆う酸化膜とを有し、
    　前記Ｓｉ層は、前記光入射面と前記酸化膜との界面にも形成されている
    　請求項１に記載の光電変換素子。
  4. 　前記半導体層は、前記トランジスタを囲むように形成された分離溝を有し、
    　当該光電変換素子は、前記分離溝を埋め込む埋め込み絶縁層を有し、
    　前記Ｓｉ層は、前記分離溝の内面と前記埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
    　請求項１に記載の光電変換素子。
  5. 　前記半導体層は、前記フォトダイオードを囲むように形成された貫通孔を有し、
    　当該光電変換素子は、前記貫通孔を埋め込む埋め込み絶縁層を有し、
    　前記Ｓｉ層は、前記貫通孔の内面と前記埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
    　請求項１に記載の光電変換素子。
  6. 　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
    　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
    　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、前記半導体層内に延在するゲート電極を有するトランジスタと、
    　前記半導体層と前記ゲート電極との界面に形成されたＳｉ層と
    　を備えた
    　光電変換素子。
  7. 　前記Ｓｉ層は、臨界膜厚以下の厚さとなっている
    　請求項６に記載の光電変換素子。
  8. 　前記半導体層は、光入射面と、前記光入射面を覆う酸化膜とを有し、
    　前記Ｓｉ層は、前記光入射面と前記酸化膜との界面にも形成されている
    　請求項６に記載の光電変換素子。
  9. 　前記半導体層は、前記トランジスタを囲むように形成された分離溝を有し、
    　当該光電変換素子は、前記分離溝を埋め込む埋め込み絶縁層を有し、
    　前記Ｓｉ層は、前記分離溝の内面と前記埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
    　請求項６に記載の光電変換素子。
  10. 　前記半導体層は、前記フォトダイオードを囲むように形成された貫通孔を有し、
    　当該光電変換素子は、前記貫通孔を埋め込む埋め込み絶縁層を有し、
    　前記Ｓｉ層は、前記貫通孔の内面と前記埋め込み絶縁層との界面にも形成されている
    　請求項６に記載の光電変換素子。
  11. 　光電変換素子を画素ごとに備え、
    　前記光電変換素子は、
    　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
    　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
    　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に接するゲート電極を有するトランジスタと、
    　前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に形成されたＳｉ層と
    　を有する
    　固体撮像素子。
  12. 　光電変換素子を画素ごとに備え、
    　前記光電変換素子は、
    　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
    　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
    　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、前記半導体層内に延在するゲート電極を有するトランジスタと、
    　前記半導体層と前記ゲート電極との界面に形成されたＳｉ層と
    　を有する
    　固体撮像素子。
  13. 　光電変換素子を画素ごとに備え、
    　前記光電変換素子は、
    　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
    　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
    　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に接するゲート電極を有するトランジスタと、
    　前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に形成されたＳｉ層と
    　を有する
    　測距システム。
  14. 　光電変換素子を画素ごとに備え、
    　前記光電変換素子は、
    　ＳｉＧｅ層またはＧｅ層である半導体層と、
    　前記半導体層内に形成されたフォトダイオードと、
    　前記半導体層内にソース領域およびドレイン領域を有し、前記半導体層内に延在するゲート電極を有するトランジスタと、
    　前記半導体層と前記ゲート電極との界面に形成されたＳｉ層と
    　を有する
    　測距システム。
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JP2007529103A (ja) * 2003-07-07 2007-10-18 マイクロン テクノロジー インコーポレイテッド キャリアの移動性と画像の青感度を改善するひずみシリコン層を有するピクセル
US20180182806A1 (en) * 2016-12-28 2018-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Light sensor
WO2022014365A1 (ja) * 2020-07-17 2022-01-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子およびその製造方法、並びに、電子機器

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