光接收元件、测距模块和电子设备的制作方法

1.本技术涉及光接收元件、测距模块和电子设备，特别地涉及能够减少入射光泄漏到相邻像素中的光接收元件、测距模块和电子设备。
2.[相关申请的交叉参考]
[0003]
本技术要求2019年9月25日提交的日本在先专利申请jp2019-174416和2020年2月3日提交的日本在先专利申请jp 2020-016233的优先权权益，这两个在先专利申请的全部内容通过引用并入本文中。


背景技术：

[0004]
通常，使用间接tof(飞行时间：time of flight)方法的测距系统是已知的。在这样的测距系统中，需要具备能够将信号电荷高速地分配给不同区域的传感器，这些信号电荷是通过接收当使用led(发光二极管：light emitting diode)或激光以特定相位照射出的作用光施加到目标物体上时被反射的光而获得的。
[0005]
鉴于上述情形，已经提出了这样一种技术：其中，将电压直接施加到传感器的基板以在该基板内部产生电流，藉此能够高速地调制该基板内部的宽区域。
[0006]
引用文献列表
[0007]
专利文献
[0008]
专利文献1：日本专利申请特开第2011-86904号公报


技术实现要素：

[0009]
要解决的技术问题
[0010]
作为在间接tof方法中使用的光接收元件的光源，多数情况下使用的是波长为约940nm的近红外线。由于用作半导体层的硅对于近红外线而言具有低吸收系数和低量子效率，因此采用了一种将光路长度延长以提高量子效率的结构。然而，存在着入射光会泄漏到相邻像素中的担忧。
[0011]
本技术是鉴于上述情况而做出的，且本技术的目的是减少入射光泄漏到相邻像素中。
[0012]
解决问题的技术方案
[0013]
根据本技术的第一实施例的光接收元件包括：芯片上透镜；互连层；和布置在所述芯片上透镜与所述互连层之间的半导体层。所述半导体层包括：光电二极管；像素间沟槽部，所述像素间沟槽部是通过在相邻像素的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的；和像素内沟槽部，所述像素内沟槽部是通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的。
[0014]
根据本技术的第二实施例的测距模块包括：预定的发光源；和光接收元件。所述光接收元件包括：芯片上透镜；互连层；和布置在所述芯片上透镜与所述互连层之间的半导体层。所述半导体层包括：光电二极管；像素间沟槽部，所述像素间沟槽部是通过在相邻像素
的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的；和像素内沟槽部，所述像素内沟槽部是通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的。
[0015]
根据本技术的第三实施例的电子设备包括测距模块。所述测距模块包括：预定的发光源；和光接收元件。所述光接收元件包括：芯片上透镜；互连层；和布置在所述芯片上透镜与所述互连层之间的半导体层。所述半导体层包括：光电二极管；像素间沟槽部，所述像素间沟槽部是通过在相邻像素的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的；和像素内沟槽部，所述像素内沟槽部是通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的。
[0016]
在根据本技术的第一至第三实施例中，光接收元件具有芯片上透镜、互连层以及设置在所述片上透镜和所述互连层之间的半导体层。而且，所述半导体层具有：光电二极管；通过在相邻像素的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的像素间沟槽部；以及通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的所述像素内沟槽部。
[0017]
上述光接收元件、上述测距模块和上述电子设备可以是独立的装置，或者可以是并入在其他装置中的模块。
附图说明
[0018]
图1是示出了应用本技术的光接收元件的示意性构造例的框图。
[0019]
图2是示出了像素的第一构造例的横截面图。
[0020]
图3中的a和图3中的b是像素间沟槽部和像素内沟槽部的平面图。
[0021]
图4是示出了图2的像素的电路构造例的图。
[0022]
图5是示出了图4的像素电路的布置例的平面图。
[0023]
图6是示出了图2的像素的另一电路构造例的图。
[0024]
图7是示出了图6的像素电路的布置例的平面图。
[0025]
图8是示出了像素的第二构造例的横截面图。
[0026]
图9是示出了像素的第三构造例的横截面图。
[0027]
图10是示出了像素的第三构造例的变型例的横截面图。
[0028]
图11是图10的像素间沟槽部和像素内沟槽部的平面图。
[0029]
图12是示出了根据像素晶体管的布置的像素内沟槽部的布置例的平面图。
[0030]
图13是示出了像素的第四构造例的横截面图。
[0031]
图14是示出了像素的第五构造例的横截面图。
[0032]
图15是示出了根据第五构造例的像素的芯片上透镜的布置的平面图。
[0033]
图16是示出了像素的第六构造例的横截面图。
[0034]
图17是第六构造例中的像素间沟槽部和像素内沟槽部的平面图。
[0035]
图18是示出了像素的第七构造例的横截面图。
[0036]
图19是示出了在光接收元件包括ir(红外线)成像传感器的情况下的像素的电路构造例的图。
[0037]
图20是示出了在光接收元件被构造为ir成像传感器的情况下的像素的第一构造
例的横截面图。
[0038]
图21是示出了在光接收元件包括ir成像传感器的情况下的像素的第二构造例的横截面图。
[0039]
图22是像素的平面图，其示出了图21中的扩散膜的平面布置。
[0040]
图23是示出了在光接收元件包括ir成像传感器的情况下的像素的第三构造例的横截面图。
[0041]
图24是像素的平面图，其示出了图23中的扩散膜的平面布置。
[0042]
图25是示出了在光接收元件包括ir成像传感器的情况下的像素的第四构造例的横截面图。
[0043]
图26中的a和图26中的b是图25中的像素内沟槽部的平面图。
[0044]
图27是示出了扩散膜的变型例的平面图。
[0045]
图28是示出了在像素为spad像素的情况下的电路构造例的图。
[0046]
图29是用于说明spad像素的操作的图。
[0047]
图30是示出了在像素为spad像素的情况下的第一构造例的横截面图。
[0048]
图31是spad像素的平面图，其示出了扩散膜的平面布置。
[0049]
图32是示出了在像素为spad像素的情况下的第二构造例的横截面图。
[0050]
图33是示出了在像素为spad像素的情况下的第三构造例的横截面图。
[0051]
图34是示出了在像素为capd像素的情况下的电路构造例的图。
[0052]
图35是示出了在像素为capd像素的情况下的横截面图。
[0053]
图36是示出了在像素为capd像素的情况下的信号提取部和扩散膜的布置的平面图。
[0054]
图37中的a至图37中的c是示出了在光接收元件包括rgbir成像传感器的情况下的像素布置例的图。
[0055]
图38是示出了应用本技术的测距模块的构造例的框图。
[0056]
图39是示出了作为应用本技术的电子设备的智能电话的构造例的框图。
[0057]
图40是示出了车辆控制系统的示意性构造例的框图。
[0058]
图41是用于辅助说明车外信息检测单元和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
[0059]
在下文中，将说明用于实施本技术的方式(以下称为实施例)。注意，将按以下顺序给出说明。
[0060]
1.光接收元件的构造例
[0061]
2.与像素的第一构造例相关的横截面图
[0062]
3.像素的电路构造例
[0063]
4.像素的平面图
[0064]
5.像素的另一电路构造例
[0065]
6.像素的平面图
[0066]
7.与像素的第二构造例相关的横截面图
[0067]
8.与像素的第三构造例相关的横截面图
[0068]
9.与像素的第四构造例相关的横截面图
[0069]
10.与像素的第五构造例相关的横截面图
[0070]
11.与像素的第六构造例相关的横截面图
[0071]
12.与像素的第七构造例相关的横截面图
[0072]
13.ir成像传感器的第一构造例
[0073]
14.ir成像传感器的第二构造例
[0074]
15.ir成像传感器的第三构造例
[0075]
16.ir成像传感器的第四构造例
[0076]
17.spad像素的第一构造例
[0077]
18.spad像素的第二构造例
[0078]
19.spad像素的第三构造例
[0079]
20.capd像素的构造例
[0080]
21.rgbir成像传感器的构造例
[0081]
22.测距模块的构造例
[0082]
23.电子设备的构造例
[0083]
24.移动体的应用例
[0084]
注意，在以下说明将会参考的附图中，相同或相似的部分将由相同或相似的附图标记表示。但，附图是示意性的，厚度与平面尺寸之间的关系、各层的厚度比等与实际情况可以不同。此外，即使在附图中，一些部分也可能具有彼此不同的尺寸关系或比率。
[0085]
此外，在以下说明中，诸如上侧和下侧等方向的定义仅是为了便于说明而给出的，而不旨在限制本发明的技术思想。例如，当将目标物体旋转90
°
进行观察时，上侧和下侧就分别转换为右侧和左侧，而且当将目标物体旋转180
°
进行观察时，上侧和下侧就上下颠倒。
[0086]
《1.光接收元件的构造例》
[0087]
图1是示出了应用本技术的光接收元件的示意性构造例的框图。
[0088]
图1所示的光接收元件1是基于间接tof(飞行时间：time of flight)方法而输出距离测量信息的tof传感器。
[0089]
光接收元件1接收当从预定的光源照射出的光(照射光)施加于物体上时被反射的光(反射光)，然后输出深度图像，在该深度图像中将关于与该物体相距的距离的信息存储为深度值。注意，从光源照射出的照射光例如是波长为780nm至1000nm的红外光，且是按预定周期重复地接通/关断的脉冲光。
[0090]
光接收元件1包括：形成于半导体基板(未图示)上的像素阵列部21；以及与像素阵列部21集成于同一半导体基板上的周边电路部。例如，该周边电路部包括垂直驱动部22、列处理部23、水平驱动部24和系统控制部25等。
[0091]
信号处理部26和数据存储部27也设置在光接收元件1中。注意，信号处理部26和数据存储部27可以安装在与光接收元件1中的基板为同一个的基板上，或者可以设置在与光接收元件1不同的模块中的基板上。
[0092]
像素阵列部21生成与所接收的光量对应的电荷，且具有其中将像素10沿行方向和列方向以矩阵形状呈二维地排列着的构造，各像素10输出对应于电荷的信号。即，像素阵列部21包括多个像素10，这些像素10对入射光进行光电转换并且输出与作为光电转换的结果
而获得的电荷对应的信号。这里，行方向表示像素10在水平方向上的排列方向，列方向表示像素10在垂直方向上的排列方向。行方向是图中的水平方向，列方向是图中的垂直方向。稍后将会参照图2及后续的附图来说明像素10的细节。
[0093]
在像素阵列部21中，针对于矩阵状的像素布置，像素驱动线28对应于各个像素行而在行方向上进行布线，且两条垂直信号线29对应于各个像素列而在列方向上进行布线。像素驱动线28传输当从像素10读出信号时用于执行驱动的驱动信号。注意，在图1中，像素驱动线28被图示为一个互连件，但不限于一件。各像素驱动线28的一端连接到垂直驱动部22的与各行对应的输出端。
[0094]
垂直驱动部22由移位寄存器或地址译码器等构成，且对像素阵列部21中的像素10同时进行驱动或以行为单位进行驱动。即，垂直驱动部22构成了与用于控制垂直驱动部22的系统控制部25结合起来对像素阵列部21中的各个像素10的操作进行控制的驱动部。
[0095]
与由垂直驱动部22执行的驱动控制对应的从像素行中的各个像素10输出的检测信号经由垂直信号线29输入到列处理部23。列处理部23对从像素10经由垂直信号线29输出过来的检测信号进行预定的信号处理，并且暂时存储经过信号处理后的检测信号。具体地，列处理部23执行噪声去除处理或模数(ad：analog to digital)转换处理等以作为信号处理。
[0096]
水平驱动部24由移位寄存器或地址译码器等构成，且依次选择列处理部23的与像素列对应的单位电路。由于水平驱动部24的选择性扫描，已经由列处理部23中的各个单位电路实施了信号处理后的检测信号依次被输出到信号处理部26。
[0097]
系统控制部25由能够生成各种时序信号的时序发生器或其他器件构成，且根据时序发生器中所生成的各种时序信号来执行垂直驱动部22、列处理部23或水平驱动部24等的驱动控制。
[0098]
信号处理部26至少具有运算处理功能，且基于从列处理部23输出的检测信号来执行诸如运算处理等各种信号处理。当在信号处理部26中执行信号处理时，数据存储部27暂时存储有该处理所需的数据。
[0099]
如上所述而被构造出来的光接收元件1输出如下的深度图像：在该深度图像中，关于与物体相距的距离的信息作为深度值而被存储在像素值中。
[0100]
《2.与像素的第一构造例相关的横截面图》
[0101]
图2是示出了排列在像素阵列部21中的像素10的第一构造例的横截面图。
[0102]
光接收元件1包括：作为半导体层的半导体基板41和形成于该半导体基板的正面侧(图中下侧)上的多层型互连层42。
[0103]
半导体基板41例如由硅(si)制成，且被形成为具有例如1μm至6μm的厚度。在半导体基板41中，在p型(第一导电型)半导体区域51中在逐个像素的基础上形成有n型(第二导电型)半导体区域52，由此在逐个像素的基础上形成了光电二极管pd。设置于半导体基板41的正面及背面两者处的p型半导体区域51还用作能够减少暗电流的空穴电荷累积区域。
[0104]
半导体基板41的与图2中的上侧对应的上表面是半导体基板41的背面，且该上表面成为光入射至其上的光入射面。在半导体基板41的位于背面侧的上表面上，形成有抗反射膜43。
[0105]
抗反射膜43例如具有其中把固定电荷膜和氧化膜彼此层叠起来的层叠结构，并且
例如，可以使用基于ald(原子层沉积：atomic layer deposition)方法的具有高介电常数(高k)的绝缘薄膜。具体地，可以使用氧化铪(hfo2)、氧化铝(al2o3)、氧化钛(tio2)或sto(strontium titan oxide：氧化锶钛)等。在图2的示例中，抗反射膜43包括彼此层叠的氧化铪膜53、氧化铝膜54和氧化硅膜55。
[0106]
在半导体基板41的背面处且在光电二极管pd的形成区域上方，形成有蛾眼结构部111，该蛾眼结构部111具有周期性的微小凹凸不平结构。此外，形成于蛾眼结构部111的上表面上的抗反射膜43也以对应于半导体基板41的蛾眼结构部111的方式被形成得具有蛾眼结构。
[0107]
半导体基板41的蛾眼结构部111例如具有如下的构造：在该构造中，(以格子状图案)规则地设置有大致相同形状和大致相同尺寸的多个四角锥体区域。
[0108]
蛾眼结构部111例如被形成为如下的倒锥体结构：其中，各自具有在光电二极管pd侧的顶点的多个四角锥体区域被排列成规则地成一直线。
[0109]
或者，蛾眼结构部111可以具有如下的正锥体结构：其中，各自具有在芯片上透镜47侧的顶点的多个四角锥体区域被排列成规则地成一直线。多个四角锥体可以不是规则地成一直线，而是可以随机地设置它们的尺寸和排列。此外，蛾眼结构部111的各个四角锥体的各凹部或各凸部可以具有一定程度的曲率，且可以具有圆角化形状。蛾眼结构部111可以仅具有其中让凹凸不平结构周期性地或随机地进行重复的结构，且凹部或凸部的形状可以为任意形状。
[0110]
蛾眼结构部111作为能够使如上所述的入射光衍射的衍射结构而被形成在半导体基板41的光入射面上，籍此可以降低基板界面处的折射率的急剧变化，且可以减少因反射光造成的影响。
[0111]
在抗反射膜43的上表面上且在相邻像素10的边界部44(以下也称为像素边界部44)中，形成有用于防止入射光入射到相邻像素上的像素间遮光膜45。像素间遮光膜45的材料可以只要是遮光的材料即可，例如可以使用诸如钨(w)、铝(al)和铜(cu)等金属材料。
[0112]
在抗反射膜43的上表面上以及在像素间遮光膜45的上表面上，例如由诸如氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)和氮氧化硅(sion)等绝缘膜或由诸如树脂等有机材料形成有平坦化膜46。
[0113]
此外，在平坦化膜46的上表面上，在逐个像素的基础上形成有芯片上透镜47。芯片上透镜47例如由诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚树脂、或硅氧烷树脂等树脂材料制成。由芯片上透镜47会聚的光有效地入射到光电二极管pd上。
[0114]
此外，在半导体基板41的背面侧处的像素边界部44中，形成有像素间沟槽部61。像素间沟槽部61是通过如下方式来形成的：从半导体基板41的背面侧(芯片上透镜47侧)在基板深度方向上挖掘至预定深度且由此将相邻的像素彼此隔开。像素间沟槽部61的包含底面和侧壁在内的外周部由氧化铪膜53覆盖着，该氧化铪膜53是抗反射膜43的一部分。像素间沟槽部61用于防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且用于防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。
[0115]
此外，在蛾眼结构部111的中央部分处，形成有像素内沟槽部112。像素内沟槽部112是以如下方式而形成的：其从半导体基板41的背面侧直至在基板深度方向上该像素内沟槽部112尚未穿透光电二极管pd的预定深度处，且由此将n型半导体区域52的一部分隔
开。像素内沟槽部112的包含底面和侧壁在内的外周部由氧化铪膜53覆盖着，该氧化铪膜53是抗反射膜43的一部分。像素内沟槽部112用于将入射光反射且将入射光限制在自身像素内部，以防止入射光穿透到相邻的像素10。
[0116]
图3中的a和图3中的b是当从芯片上透镜47侧观察时，像素间沟槽部61和像素内沟槽部112的平面图。
[0117]
如图3中的a所示，像素间沟槽部61被形成在以矩阵状图案呈二维地排列着的像素10之间的边界部处。另一方面，像素内沟槽部112被形成为十字形状，使得像素10的矩形平面区域在行方向和列方向中的每一个方向上都被对半分开从而被划分成四个区域。像素内沟槽部112位于在平面图中与光电二极管pd的区域的一部分重叠的位置处，但是如从图2的横截面图中清楚可见，像素内沟槽部112被形成至尚未穿透光电二极管pd的深度处。因此，光电二极管pd的区域保持完整。
[0118]
如图3中的b所示，像素间沟槽部61和像素内沟槽部112中的一者或两者可以未形成在它们各自的沟槽部相互交叉的交叉点处。
[0119]
再次参照图2，像素间沟槽部61和像素内沟槽部112以如下的方式而被形成：即，作为抗反射膜43的最上层材料的氧化硅膜55埋入到从背面侧挖掘的沟槽(凹槽)中。于是，像素间沟槽部61、像素内沟槽部112、以及作为抗反射膜43的最上层的氧化硅膜55可以同时形成，并且像素间沟槽部61和像素内沟槽部112可以由相同的材料制成。
[0120]
然而，像素间沟槽部61和像素内沟槽部112可以由不同的材料制成。例如，像素间沟槽部61和像素内沟槽部112中的一者可以由诸如钨(w)、铝(al)、钛(ti)和氮化钛(tin)等金属材料制成或者由多晶硅制成，另一者可以由氧化硅制成。
[0121]
注意，像素间沟槽部61和像素内沟槽部112在图2中具有基本相同的深度，但是它们二者在基板的厚度方向上也可以具有不同的深度。如果像素间沟槽部61被形成为具有比像素内沟槽部112的深度更深的深度，则能够防止入射光穿透到相邻的像素中。
[0122]
而且，在半导体基板41的形成有多层型互连层42的正面侧上，与形成于各个像素10中的一个光电二极管pd对应地形成有两个传输晶体管trg1和trg2。此外，在半导体基板41的正面侧处，形成有由浓n型半导体区域(n型扩散区域)构成的浮动扩散区域fd1和fd2，它们作为用于暂时保留从光电二极管pd传输过来的电荷的电荷累积部。
[0123]
多层型互连层42包括：多个金属膜m；和位于金属膜m之间的层间绝缘膜62。图2示出了其中多层型互连层42含有第一金属膜m1至第三金属膜m3这三层的示例。
[0124]
在位于光电二极管pd的形成区域下方的区域中，即，在多层型互连层42的多个金属膜m之中的最靠近半导体基板41的第一金属膜m1的平面图中与光电二极管pd的形成区域至少部分地重叠的区域中，形成有诸如铜或铝等金属互连件以作为遮光构件63。
[0125]
遮光构件63利用最靠近半导体基板41的第一金属膜m1对已经经由芯片上透镜47从光入射面入射到半导体基板41中且在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光进行遮挡，并防止该红外光透过到位于第一金属膜m1下方的第二金属膜m2和第三金属膜m3。通过该遮光功能，可以防止在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光由于被位于第一金属膜m1下方的金属膜m散射而入射到相邻的像素上。因此，可以防止相邻的像素对光的错误检测。
[0126]
此外，遮光构件63还具有如下的功能：其致使已经经由芯片上透镜47从光入射面
入射到半导体基板41中且在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且因此再次入射到半导体基板41上。因此，可以认为，遮光构件63亦起到反射构件的作用。通过该反射功能，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe：quantum efficiency)，即，像素10的相对于红外光的敏感度。
[0127]
注意，遮光构件63也可以被构造成利用除了金属材料之外的多晶硅或氧化膜等来反射或遮挡光。
[0128]
此外，遮光构件63可以不是包括一层金属膜m，而是包括多个金属膜m，其中，例如第一金属膜m1和第二金属膜m2被形成为格子状。
[0129]
例如，通过在多层型互连层42的多个金属膜m之中的作为预定金属膜m的第二金属膜m2中形成梳齿形状的图案，就形成了互连电容64。遮光构件63和互连电容64可以被形成在同一层(金属层m)中。然而，当遮光构件63和互连电容64被形成在不同的层中时，互连电容64被形成在比遮光构件63更远离半导体基板41的层中。换言之，遮光构件63被形成得比互连电容64更靠近半导体基板41。
[0130]
如上所述，光接收元件1具有背面照射式结构，其中作为半导体层的半导体基板41被布置在芯片上透镜47和多层型互连层42之间，且使得入射光从半导体基板41的形成有芯片上透镜47的背面侧入射到光电二极管pd上。
[0131]
此外，像素10与设置在各像素中的光电二极管pd对应地包括两个传输晶体管trg1和trg2，并且被构造成能够将由光电二极管pd进行光电转换而生成的电荷(电子)分配到浮动扩散区域fd1或fd2。
[0132]
此外，根据第一构造例的像素10在像素边界部44处具有像素间沟槽部61且在该像素的中央部分处具有像素内沟槽部112，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，从而使得在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且因此再次入射到半导体基板41上。
[0133]
根据第一构造例，利用以上的构造，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，像素10中的对于红外光的敏感度。
[0134]
《3.像素的电路构造例》
[0135]
图4示出了呈二维地排列在像素阵列部21中的像素10的电路构造。
[0136]
像素10包括作为光电转换元件的光电二极管pd。此外，像素10具有两个传输晶体管trg、两个浮动扩散区域fd、两个附加电容器fdl、两个切换晶体管fdg、两个放大晶体管amp、两个复位晶体管rst和两个选择晶体管sel。此外，像素10还具有电荷排出晶体管ofg。
[0137]
这里，为了相互区分，将像素10中的两个传输晶体管trg、两个浮动扩散区域fd、两个附加电容器fdl、两个切换晶体管fdg、两个放大晶体管amp、两个复位晶体管rst和两个选择晶体管sel分别称为如图4所示的传输晶体管trg1和trg2、浮动扩散区域fdg1和fdg2、附加电容器fdl1和fdl2、切换晶体管fdg1和fdg2、放大晶体管amp1和amp2、复位晶体管rst1和rst2、以及选择晶体管sel1和sel2。
[0138]
传输晶体管trg、切换晶体管fdg、放大晶体管amp、选择晶体管sel、复位晶体管rst
和电荷排出晶体管ofg包括例如n型mos晶体管。
[0139]
当提供给传输晶体管trg1的栅极电极的传输驱动信号trg1g进入激活状态时，传输晶体管trg1相应地进入导通状态，且将累积在光电二极管pd中的电荷传输到浮动扩散区域fd1。当提供给传输晶体管trg2的栅极电极的传输驱动信号trg2g进入激活状态时，传输晶体管trg2相应地进入导通状态，且将累积在光电二极管pd中的电荷传输到浮动扩散区域fd2。
[0140]
浮动扩散区域fd1和fd2是用于暂时保留从光电二极管pd传输过来的电荷的电荷累积部。
[0141]
当提供给切换晶体管fdg1的栅极电极的fd驱动信号fdg1g进入激活状态时，切换晶体管fdg1相应地进入导通状态，且将附加电容器fdl1连接到浮动扩散区域fd1。当提供给切换晶体管fdg2的栅极电极的fd驱动信号fdg2g进入激活状态时，切换晶体管fdg2相应地进入导通状态，且将附加电容器fdl2连接到浮动扩散区域fd2。附加电容器fdl1和fdl2由图2中的互连电容64形成。
[0142]
当提供给复位晶体管rst1的栅极电极的复位驱动信号rstg进入激活状态时，复位晶体管rst1相应地进入导通状态，且将浮动扩散区域fd1的电位复位。当提供给复位晶体管rst2的栅极电极的复位驱动信号rstg进入激活状态时，复位晶体管rst2相应地进入导通状态，且将浮动扩散区域fd2的电位复位。注意，当使复位晶体管rst1和rst2进入激活状态时，也使切换晶体管fdg1和fdg2同时进入激活状态，且附加电容器fdl1和fdl2也被复位。
[0143]
例如，在入射光量较大的高照度状态下，垂直驱动部22使切换晶体管fdg1和fdg2进入激活状态，以将浮动扩散区域fd1和附加电容器fdl1彼此连接且将浮动扩散区域fd2和附加电容器fdl2彼此连接。因此，可以在高照度状态下累积更多的电荷。
[0144]
另一方面，在入射光量较小的低照度状态下，垂直驱动部22使切换晶体管fdg1和fdg2进入非激活状态，以将附加电容器fdl1与浮动扩散区域fd1断开且将附加电容器fdl2与浮动扩散区域fd2断开。因此，可以提高转换效率。
[0145]
当提供给电荷排出晶体管ofg的栅极电极的排出驱动信号ofg1g进入激活状态时，电荷排出晶体管ofg相应地进入导通状态，且将累积在光电二极管pd中的电荷排出。
[0146]
当放大晶体管amp1的源极电极经由选择晶体管sel1连接到垂直信号线29a时，放大晶体管amp1就连接到恒定电流源(未图示)以构成源极随耦器电路。当放大晶体管amp2的源极电极经由选择晶体管sel2连接到垂直信号线29b时，放大晶体管amp2就连接到恒定电流源(未图示)以构成源极随耦器电路。
[0147]
选择晶体管sel1连接在放大晶体管amp1的源极电极和垂直信号线29a之间。当提供给选择晶体管sel1的栅极电极的选择信号sel1g进入激活状态时，选择晶体管sel1相应地进入导通状态，且将从放大晶体管amp1输出的检测信号vsl1输出到垂直信号线29a。
[0148]
选择晶体管sel2连接在放大晶体管amp2的源极电极和垂直信号线29b之间。当提供给选择晶体管sel2的栅极电极的选择信号sel2g进入激活状态时，选择晶体管sel2相应地进入导通状态，且将从放大晶体管amp2输出的检测信号vsl2输出到垂直信号线29b。
[0149]
像素10的传输晶体管trg1和trg2、切换晶体管fdg1和fdg2、放大晶体管amp1和amp2、选择晶体管sel1和sel2、以及电荷排出晶体管ofg由垂直驱动部22控制。
[0150]
在图4的像素电路中，可以省去附加电容器fdl1及fdl2以及用于控制附加电容器
fdl1及fdl2各自的连接的切换晶体管fdg1及fdg2。然而，当设置有附加电容器fdl且根据入射光量适当地使用附加电容器fdl时，可以确保高动态范围。
[0151]
下面将会简要说明像素10的操作。
[0152]
首先，在开始光接收前，所有像素进行复位操作以将像素10的电荷复位。即，电荷排出晶体管ofg、复位晶体管rts1和rst2、以及切换晶体管fdg1和fdg2都接通，且光电二极管pd、浮动扩散区域fd1和fd2、以及附加电容器fdl1和fdl2中的累积电荷都被排出。
[0153]
在排出了累积电荷之后，所有像素开始光接收。
[0154]
在光接收期间，传输晶体管trg1和trg2被交替地驱动。即，在第一时段中，传输晶体管trg1被控制为接通，且传输晶体管trg2被控制为关断。在第一时段中，由光电二极管pd生成的电荷被传输到浮动扩散区域fd1。在第一时段之后的第二时段中，传输晶体管trg1被控制为关断，且传输晶体管trg2被控制为接通。在第二时段中，由光电二极管pd生成的电荷被传输到浮动扩散区域fd2。因此，由光电二极管pd生成的电荷被分配给浮动扩散区域fd1和fd2且被累积于浮动扩散区域fd1和fd2中。
[0155]
然后，在光接收期间结束后，像素阵列部21的各个像素10线序地(line-sequentially)被选择。在所选择的像素10中，选择晶体管sel1及sel2被接通。因此，累积在浮动扩散区域fd1中的电荷经由垂直信号线29a作为检测信号vsl1输出到列处理部23。累积在浮动扩散区域fd2中的电荷经由垂直信号线29b作为检测信号vsl2输出到列处理部23。
[0156]
一个光接收操作以上述方式结束，且从复位操作开始的下一个光接收操作就接着进行。
[0157]
由像素10接收的反射光会根据基于从光源照射出该反射光的时序的到目标物体的距离而延迟。累积在两个浮动扩散区域fd1和fd2中的电荷的分配比会取决于与到目标物体的距离对应的延迟时间而变化。因此，可以基于累积在两个浮动扩散区域fd1和fd2中的电荷的分配比来计算出到该物体的距离。
[0158]
《4.像素的平面图》
[0159]
图5是示出了图4所示的像素电路的布置例的平面图。
[0160]
在图5中，水平方向对应于图1中的行方向(水平方向)，垂直方向对应于图1中的列方向(垂直方向)。
[0161]
如图5所示，光电二极管pd被形成为处于矩形像素10的中央部分的区域中的n型半导体区域52。
[0162]
在光电二极管pd的外部且沿着矩形像素10的四条边之中的一条预定边，传输晶体管trg1、切换晶体管fdg1、复位晶体管rst1、放大晶体管amp1和选择晶体管sel1并排地线性布置着。此外，在光电二极管pd的外部且沿着矩形像素10的四条边之中的另一边，传输晶体管trg2、切换晶体管fdg2、复位晶体管rst2、放大晶体管amp2和选择晶体管sel2并排地线性布置着。
[0163]
在与形成有传输晶体管trg、切换晶体管fdg、复位晶体管rst、放大晶体管amp和选择晶体管sel的那两条边不同的另外一边处，布置有电荷排出晶体管ofg。
[0164]
注意，像素电路的布置不限于图5所示的示例，而是可以包括其他布置。
[0165]
《5.像素的另一电路构造例》
[0166]
图6示出了像素10的另一个电路构造例。
[0167]
在图6中，与图4中所示出的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0168]
像素10包括作为光电转换元件的光电二极管pd。此外，像素10具有两个第一传输晶体管trga、两个第二传输晶体管trgb、两个存储器mem、两个浮动扩散区域fd、两个复位晶体管rst、两个放大晶体管amp、以及两个选择晶体管sel。
[0169]
这里，为了相互区分，将像素10中的两个第一传输晶体管trga、两个第二传输晶体管trgb、两个存储器mem、两个浮动扩散区域fd、两个复位晶体管rst、两个放大晶体管amp、以及两个选择晶体管sel分别称为如图6所示的第一传输晶体管trga1和trga2、第二传输晶体管trgb1和trgb2、存储器mem1和mem2、浮动扩散区域fd1和fd2、复位晶体管rst1和rst2、放大晶体管amp1和amp2、以及选择晶体管sel1和sel2。
[0170]
因此，图4的像素电路和图6的像素电路之间的比较表明：将传输晶体管trg改变为第一传输晶体管trga和第二传输晶体管trgb这两种类型，且添加了存储器mem。此外，省去了附加电容器fdl和切换晶体管fdg。
[0171]
第一传输晶体管trga、第二传输晶体管trgb、复位晶体管rst、放大晶体管amp、和选择晶体管sel包括例如n型mos晶体管。
[0172]
在图4所示的像素电路中，由光电二极管pd生成的电荷被传输到浮动扩散区域fd1和fd2且由浮动扩散区域fd1和fd2保留。然而，在图6的像素电路中，电荷被传输到作为电荷累积部而设置的存储器mem1和mem2且由存储器mem1和mem2保留。
[0173]
即，当提供给第一传输晶体管trga1的栅极电极的第一传输驱动信号trga1g进入激活状态时，第一传输晶体管trga1相应地进入导通状态，且将累积在光电二极管pd中的电荷传输到存储器mem1。当提供给第一传输晶体管trga2的栅极电极的第一传输驱动信号trga2g进入激活状态时，第一传输晶体管trga2相应地进入导通状态，且将累积在光电二极管pd中的电荷传输到存储器mem2。
[0174]
此外，当提供给第二传输晶体管trgb1的栅极电极的第二传输驱动信号trgb1g进入激活状态时，第二传输晶体管trgb1相应地进入导通状态，且将累积在存储器mem1中的电荷传输到浮动扩散区域fd1。当提供给第二传输晶体管trgb2的栅极电极的第二传输驱动信号trgb2g进入激活状态时，第二传输晶体管trgb2相应地进入导通状态，且将累积在存储器mem2中的电荷传输到浮动扩散区域fd2。
[0175]
当提供给复位晶体管rst1的栅极电极的复位驱动信号rst1g进入激活状态时，复位晶体管rst1相应地进入导通状态，且将浮动扩散区域fd1的电位复位。当提供给复位晶体管rst2的栅极电极的复位驱动信号rst2g进入激活状态时，复位晶体管rst2相应地进入导通状态，且将浮动扩散区域fd2的电位复位。注意，当使复位晶体管rst1和rst2进入激活状态时，也使第二传输晶体管trgb1和trgb2同时进入激活状态，且存储器mem1和mem2也被复位。
[0176]
在图6的像素电路中，由光电二极管pd生成的电荷被分配给存储器mem1和mem2且被累积在存储器mem1和mem2中。然后，由存储器mem1和mem2保留的电荷分别被传输到浮动扩散区域fd1和fd2，且依照读取电荷的时序从像素10输出。
[0177]
《6.像素的平面图》
[0178]
图7是示出了图6所示的像素电路的布置例的平面图。
[0179]
在图7中，水平方向对应于图1中的行方向(水平方向)，垂直方向对应于图1中的列方向(垂直方向)。
[0180]
如图7所示，光电二极管pd被形成为处于矩形像素10的中央部分的区域中的n型半导体区域52。
[0181]
在光电二极管pd的外部且沿着矩形像素10的四条边之中的一条预定边，第一传输晶体管trga1、第二传输晶体管trgb1、复位晶体管rst1、放大晶体管amp1和选择晶体管sel1并排地线性布置着。此外，在光电二极管pd的外部且沿着矩形像素10的四条边之中的另一边，第一传输晶体管trga2、第二传输晶体管trgb2、复位晶体管rst2、放大晶体管amp2和选择晶体管sel2并排地线性布置着。存储器mem1和mem2例如由埋入型n型扩散区域形成。
[0182]
注意，像素电路的布置不限于图7所示的示例，而是可以包括其他布置。
[0183]
《7.与像素的第二构造例相关的横截面图》
[0184]
图8是示出了像素10的第二构造例的横截面图。
[0185]
在图8中，与图2所示的第一构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0186]
图8的第二构造例与图2的第一构造例的不同之处在于：把被形成为从半导体基板41的背面侧(芯片上透镜47侧)挖掘至使像素间沟槽部61没有穿透半导体基板41的预定深度处的像素间沟槽部61替换为穿透半导体基板41的像素间沟槽部121。第二构造例在其他方面与第一构造例类似。
[0187]
像素间沟槽部121是以如下的方式而形成的，即：形成穿透到半导体基板41的与背面侧(芯片上透镜47侧)相对的那一侧(或正面侧)的基板表面的沟槽，然后，将作为抗反射膜43的最上层材料的氧化硅膜55埋入到该沟槽中。埋入到该沟槽中以作为像素间沟槽部121的材料除了可以是诸如氧化硅膜55之类的绝缘膜之外，也可以例如是诸如钨(w)、铝(al)、钛(ti)和氮化钛(tin)等金属材料或者是多晶硅。此外，与第一构造例一样，像素间沟槽部121和像素内沟槽部112可以不是由相同的材料制成，而是可以由不同的材料制成。
[0188]
通过形成上述这样的像素间沟槽部121，可以将相邻的像素彼此完全电气隔离。因此，像素间沟槽部121能够防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且能够防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。
[0189]
此外，通过在像素的中央部分处形成有像素内沟槽部112，可以增大将入射光限制在自身像素内部的可能性。此外，遮光构件63被设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0190]
在第二构造例中，利用上述方式，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0191]
《8.与像素的第三构造例相关的横截面图》
[0192]
图9是示出了像素10的第三构造例的横截面图。
[0193]
在图9中，与图2所示的第一构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0194]
图9的第三构造例与图2的第一构造例的不同之处在于：把被形成为从半导体基板41的背面侧(芯片上透镜47侧)挖掘至使像素内沟槽部112没有穿透半导体基板41的预定深
度处的像素内沟槽部112替换为被形成为从半导体基板41的正面侧挖掘至预定深度的像素内沟槽部141。第三构造例在其他方面与第一构造例相同。
[0195]
像素内沟槽部141是以如下的方式形成的，即：形成从半导体基板41的正面侧(多层型互连层42侧)直至预定深度的沟槽，然后将氧化硅膜埋入该沟槽中。埋入到该沟槽中以作为像素内沟槽部141的材料除了可以是诸如氧化硅膜之类的绝缘膜之外，也可以例如是诸如钨(w)、铝(al)、钛(ti)和氮化钛(tin)等金属材料或是多晶硅。此外，与第一构造例一样，像素间沟槽部61和像素内沟槽部141可以不是由相同的材料制成，而是可以由不同的材料制成。
[0196]
如图3中的a和图3中的b所示那样，像素内沟槽部141被形成为十字形状，使得像素10的矩形平面区域在行方向和列方向中的每一个方向上被对半分开从而在平面图中被划分成四个区域。
[0197]
通过形成这样的像素内沟槽部141，能够增大将入射光限制在自身像素内部的可能性。此外，在像素边界部44处也形成有像素间沟槽部61，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。
[0198]
此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0199]
在第三构造例中，利用上述方式，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0200]
注意，上述的第一构造例至第三构造例中的像素内沟槽部112或像素内沟槽部141被形成为十字平面形状，该十字平面形状将像素10的矩形平面区域在平面图中的行方向和列方向中的每一个方向上都划分成两个区域。然而，像素内沟槽部112或像素内沟槽部141可以被形成为如下的平面形状；其中，像素10的矩形平面区域在行方向和列方向中的每一个方向上都被划分成三个区域。
[0201]
图10是示出了根据第三构造例的像素10的变型例的横截面图。
[0202]
图10的变型例与图9的第三构造例的不同之处在于：像素内沟槽部141的形状和布置有所不同。本变型例在其他方面与图9的第三构造例相同。
[0203]
在图10的变型例中，像素内沟槽部141被形成为在如下的平面位置处从半导体基板41的正面侧(多层型互连层42侧)挖掘至预定深度：在这些平面位置处，像素10的矩形平面区域在平面图中的行方向和列方向中的每一个方向上被划分成三个区域。
[0204]
图11是当从半导体基板41的正面侧观察时，像素间沟槽部61和像素内沟槽部141的平面图。
[0205]
像素内沟槽部141被形成在如下的平面位置处：在这些平面位置处，像素10的矩形平面区域在平面图中的行方向和列方向中的每一个方向上被划分成三个区域。然而，从图10的横截面图中清楚可见，像素内沟槽部141被形成得仅到达使该像素内沟槽部141没有穿透光电二极管pd的深度。因此，光电二极管pd的区域保持完整。
[0206]
注意，当像素10的矩形平面区域在行方向和列方向中的每一个方向上被划分成三个区域时，像素间沟槽部61和像素内沟槽部141可以未形成在它们各自的沟槽部如图3中的b所示那样相互交叉的交叉点处。
[0207]
当从半导体基板41的正面侧(多层型互连层42侧)形成像素内沟槽部141时，有可能无法如图3或图11所示那样形成像素内沟槽部141，这是因为诸如传输晶体管trg、复位晶体管rst、放大晶体管amp和选择晶体管sel等像素晶体管如图5和图7所示被形成在半导体基板41的正面侧上。
[0208]
图12是示出了根据像素晶体管的布置的像素内沟槽部141的布置例的平面图。
[0209]
当将优先级别分派给像素晶体管的布置时，如图12所示，像素内沟槽部141能够被形成在如下二者之间：一者是并排地线性布置着的传输晶体管trg、切换晶体管fdg、复位晶体管rst、放大晶体管amp和选择晶体管sel，另一者是用于构成光电二极管pd的n型半导体区域52。
[0210]
当如上所述将像素内沟槽部141形成在用于构成光电二极管pd的n型半导体区域52与并排地线性布置着的多个像素晶体管之间时，像素内沟槽部141的布置在逐个像素的基础上具有各向异性。因此，四个(2
×
2)像素能够如图12所示那样对称地布置着。
[0211]
《9.与像素的第四构造例相关的横截面图》
[0212]
图13是示出了像素10的第四构造例的横截面图。
[0213]
在图13中，与图2所示的第一构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0214]
图13所示的像素10的第四构造例与图2所示的第一构造例的共同点在于：像素间沟槽部61被形成在像素边界部44处，像素内沟槽部112被形成在像素的中央部分处。
[0215]
另一方面，图13所示的第四构造例与图2所示的第一构造例的不同之处在于：在半导体基板41的背面侧的光入射面上，未形成有蛾眼结构部111(其是具有周期性的凹凸不平结构)，而是形成有平坦部113。在平坦部113中，通过把氧化铪膜53、氧化铝膜54和氧化硅膜55彼此层叠起来而得到的抗反射膜43被形成为平坦状。
[0216]
如第四构造例中那样，像素10可以具有其中省去了半导体基板41的背面侧的蛾眼结构部111而由平坦部113替换蛾眼结构部111的构造。
[0217]
在把基板的背面处的蛾眼结构部111替换为平坦部113的第四构造例中，同样地，像素10具有像素间沟槽部61和像素内沟槽部112，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0218]
在第四构造例中，利用上述方式，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0219]
注意，尽管图13的第四构造例具有其中省去了图2所示的第一构造例中的蛾眼结构部111而由平坦部113替换蛾眼结构部111的构造，但上述第二构造例和第三构造例之中的各个构造例也可以类似地具有其中基板的背面处的蛾眼结构部111由平坦部113替换掉的构造。
[0220]
《10.与像素的第五构造例相关的横截面图》
[0221]
图14是示出了像素10的第五构造例的横截面图。
[0222]
在图14中，与图2所示的第一构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图
标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0223]
图14所示的像素10的第五构造例与图2所示的第一构造例的不同之处在于：把第一构造例的芯片上透镜47替换为形成于半导体基板41的位于光入射面侧的上表面上的芯片上透镜161。第五构造例在其他方面与第一构造例相同。
[0224]
更具体地，在图2所示的第一构造例中，在半导体基板41的位于一个光电二极管pd的光入射面侧的上表面上，形成有一个芯片上透镜47。
[0225]
与此对照地，在图14的第五构造例中，在半导体基板41的位于一个光电二极管pd的光入射面侧的上表面上，形成有四个芯片上透镜161。
[0226]
图15是示出了根据第五构造例的像素10的芯片上透镜161的布置的平面图。
[0227]
在第五构造例中，布置成十字形状的像素内沟槽部112按照预定深度将用作光电二极管pd的n型半导体区域52分隔成四个区域，且各个芯片上透镜161被布置为对应于各个分隔区域。因此，对应于一个像素而布置有四个(2
×
2)芯片上透镜161。
[0228]
如上所述，像素10可以具有其中对应于一个光电二极管pd而布置有多个芯片上透镜161的构造。例如，当如图10所示的第三构造例的变型例那样按照预定深度把用作光电二极管pd的n型半导体区域52分隔成九个区域时，九个(3
×
3)芯片上透镜161可以被形成在半导体基板41的上表面上。
[0229]
在其中多个芯片上透镜161被形成在一个像素中的第五构造例中，同样地，像素10具有像素间沟槽部61和像素内沟槽部112，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0230]
在第五构造例中，利用上述方式，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0231]
注意，尽管图14的第五构造例具有其中把图2所示的第一构造例中的芯片上透镜47替换为多个芯片上透镜161的构造，但上述第二构造例至第四构造例之中的各个构造例也可以类似地具有其中把芯片上透镜47替换为多个芯片上透镜161的构造。
[0232]
《11.与像素的第六构造例相关的横截面图》
[0233]
图16是示出了像素10的第六构造例的横截面图。
[0234]
在图16中，与图2所示的第一构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0235]
在图16所示的像素10的第六构造例中，具有与图2所示的第一构造例中的蛾眼结构部111的凹凸不平结构不同的凹凸不平结构的蛾眼结构部114被形成在光电二极管pd的形成区域上方。
[0236]
具体地，在图2所示的第一构造例中，蛾眼结构部111的形状具有其中规则地并排排列有四角锥体形状的锥体结构。
[0237]
与此对照地，在图16的第六构造例中，蛾眼结构部114的形状具有如下的凹凸不平结构：其中，凹部以固定周期并排地排列着，这些凹部具有与半导体基板41平行的表面且是通过在基板深度方向上挖掘预定量而形成的。注意，抗反射膜43在图16中包括氧化铪膜53
和氧化硅膜55这两个层。然而，抗反射膜43可以像其他构造例中那样包括三层，或可以包括单层。
[0238]
图17是示出了第六构造例中的蛾眼结构部114的凹部、像素间沟槽部61和像素内沟槽部112的布置的平面图。
[0239]
在图17中，像素间沟槽部61被形成在像素10的边界部处，且像素内沟槽部112被形成为十字形状，使得像素10的矩形平面区域在行方向和列方向中的每一个方向上被对半分开从而被划分成四个区域。
[0240]
蛾眼结构部114的以周期t排列着的凹凸不平结构的具有宽度d的凹部的区域由具有比像素间沟槽部61及像素内沟槽部112的节距小的节距的图案表示。
[0241]
如图17所示，像素内沟槽部112被布置得不会妨碍蛾眼结构部114的凹凸不平结构的周期性。换言之，像素内沟槽部112被形成在蛾眼结构部114(其是具有周期性的凹凸不平结构)的凹部的一部分中。
[0242]
在其中把像素内沟槽部112布置于周期性布置着的凹凸不平结构的凹部的一部分中的第六构造例中，同样地，像素10具有像素间沟槽部61和像素内沟槽部112，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0243]
在第六构造例中，利用上述方式，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0244]
注意，尽管图16的第六构造例具有其中把具有与第一构造例中的蛾眼结构部111的形状不同形状的蛾眼结构部114形成在光入射面(其是半导体基板41的背面侧)上的构造，但是上述第二构造例至第五构造例之中的各个构造例也可以类似地具有布置有蛾眼结构部114的构造。
[0245]
《12.与像素的第七构造例相关的横截面图》
[0246]
图18是示出了像素10的第七构造例的横截面图。
[0247]
在图18中，与上述第一至第六构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0248]
在上述的第一至第六构造例中，光接收元件1包括一个半导体基板，即仅包含半导体基板41。然而，在图18的第七构造例中，光接收元件1包括半导体基板41和半导体基板301这两个半导体基板。在下文中，为了便于理解，将半导体基板41和半导体基板301也分别称为第一基板41和第二基板301。
[0249]
图18的第七构造例与图2的第一构造例的相似之处在于：像素间遮光膜45、平坦化膜46和芯片上透镜47被形成在第一基板41的光入射面侧。第七构造例与图2的第一构造的相似之处还在于：像素间沟槽部61和像素内沟槽部112被形成得从半导体基板41的背面侧在基板深度方向上到达预定深度，而且在半导体基板41的光入射面上形成有蛾眼结构部111。
[0250]
此外，第七构造例与第一构造例的相似之处还在于：作为光电转换部的光电二极管pd是在逐个像素的基础上形成的，而且两个传输晶体管trg1和trg2以及作为电荷累积部
的浮动扩散区域fd1和fd2被形成在第一基板41的正面侧。
[0251]
另一方面，第七构造例与图2的第一构造例的不同之处在于：第一基板41的正面侧上的互连层311的绝缘层313接合至第二基板301上的绝缘层312。
[0252]
在第一基板41上的互连层311中，包括至少一层金属膜m，且遮光构件63由位于光电二极管pd的形成区域下方的区域中的金属膜m形成。
[0253]
在第二基板301的与作为接合面侧的绝缘层312侧相对的一侧的界面上，形成有像素晶体管tr1和tr2。像素晶体管tr1和tr2例如是放大晶体管amp和选择晶体管sel。
[0254]
即，在第一至第六构造例中，仅包括一个半导体基板41(第一基板41)，传输晶体管trg、切换晶体管fdg、放大晶体管amp和选择晶体管sel所有这些像素晶体管都被形成在半导体基板41上。然而，在包括两个半导体基板的层叠结构的第七构造例的光接收元件1中，除了传输晶体管trg之外的像素晶体管，即，切换晶体管fdg、放大晶体管amp和选择晶体管sel，被形成在第二基板301上。
[0255]
在第二基板301的与第一基板41侧相对的一侧上，形成有具有至少两层金属膜m的多层型互连层321。多层型互连层321包括第一金属膜m11、第二金属膜m12和层间绝缘膜333。
[0256]
用于控制传输晶体管trg1的传输驱动信号trg1g从第二基板301的第一金属膜m11经由穿透第二基板301的tsv(through silicon via，硅贯通孔)331-1提供到第一基板41的传输晶体管trg1的栅极电极。用于控制传输晶体管trg2的传输驱动信号trg2g从第二基板301的第一金属膜m11经由穿透第二基板301的tsv 331-2提供到第一基板41的传输晶体管trg2的栅极电极。
[0257]
类似地，累积在浮动扩散区域fd1中的电荷从第一基板41侧经由穿透第二基板301的tsv 332-1传输到第二基板301的第一金属膜m11。累积在浮动扩散区域fd2中的电荷也从第一基板41侧经由穿透第二基板301的tsv 332-2传输到第二基板301的第一金属膜m11。
[0258]
互连电容64被形成在第一金属膜m11或第二金属膜m12的区域(未图示)中。其中形成有互连电容64的金属膜m被形成得具有高互连密度以形成电容。与传输晶体管trg或切换晶体管fdg等的栅极电极连接的金属膜m被形成得具有低互连密度以减小感应电流。与栅极电极连接的互连层(金属膜m)可以被构造成取决于像素晶体管而有所不同。
[0259]
如上所述，根据第七构造例的像素10可以包括彼此层叠的第一基板41和第二基板301这两个半导体基板，且除了传输晶体管trg之外的像素晶体管被形成在与具有光电转换部的第一基板41不同的第二基板301上。此外，用于控制像素10的驱动的垂直驱动部22和像素驱动线28、或者用于传输检测信号的垂直信号线29等也被形成在第二基板301上。因此，能够实现像素的小型化，也能够增强beol(back end of line，后道工序)设计的自由度。
[0260]
在第七构造例中，同样地，像素10具有像素间沟槽部61和像素内沟槽部112，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0261]
在第七构造例中，利用上述方式，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0262]
注意，尽管图18的第七构造例具有把图2所示的第一构造例替换为通过让两个半导体基板彼此层叠而得到的层叠结构的构造，但上述第二构造例至第六构造例之中的各个构造例也可以类似地具有其中把图2所示的第一构造例替换为通过让两个半导体基板彼此层叠而得到的层叠结构的构造。
[0263]
《13.ir成像传感器的第一构造例》
[0264]
上述具有像素间沟槽部61和像素内沟槽部112的像素结构不仅可以应用于基于间接tof方法输出距离测量信息的光接收元件，而且还可以应用于产生ir(红外)图像的ir成像传感器。
[0265]
图19示出了在光接收元件1包括用于产生和输出ir图像的ir成像传感器的情况下的像素10的电路构造。
[0266]
在光接收元件1是tof传感器的情况下，由光电二极管pd生成的电荷被分配给两个浮动扩散区域fd1和fd2且被累积在两个浮动扩散区域fd1和fd2中。因此，像素10具有两个传输晶体管trg、两个浮动扩散区域fd、两个附加电容器fdl、两个切换晶体管fdg、两个放大晶体管amp、两个复位晶体管rst和两个选择晶体管sel。
[0267]
而在光接收元件1是ir成像传感器的情况下，可以单个地设置有用于暂时保留由光电二极管pd生成的电荷的电荷累积部。因此，传输晶体管trg、浮动扩散区域fd、附加电容器fdl、切换晶体管fdg、放大晶体管amp、复位晶体管rst和选择晶体管sel中的每一者也单个地设置着。
[0268]
换言之，在光接收元件1是ir成像传感器的情况下的像素10的构造等同于从图4所示的电路结构中省去传输晶体管trg2、切换晶体管fdg2、附加电容器fdl2、复位晶体管rst2、放大晶体管amp2和选择晶体管sel2之后的构造。浮动扩散区域fd2和垂直信号线29b也省去了。
[0269]
图20是示出了在光接收元件1包括ir成像传感器的情况下的像素10的第一构造例的横截面图。
[0270]
光接收元件1包括ir成像传感器的情况与光接收元件1包括tof传感器的情况之间的区别在于：是否存在如图2所示的在半导体基板41的正面侧形成的浮动扩散区域fd2和像素晶体管。因此，半导体基板41的正面侧的多层型互连层42的构造与图2中不同，但是像素间沟槽部61、像素内沟槽部112和蛾眼结构部111与图2中类似。
[0271]
图20示出了在把图2所示的第一构造例应用于ir成像传感器的情况下的横截面构造。类似地，上述第二构造例至第六构造例也能够以省去了在半导体基板41的正面侧形成的浮动扩散区域fd2及其相应像素晶体管的方式应用于ir成像传感器。
[0272]
在光接收元件1包括ir成像传感器的情况下，同样地，像素10也具有像素间沟槽部61和像素内沟槽部112，以防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而是透过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0273]
因此，在光接收元件1包括ir成像传感器的情况下的像素10的第一构造例中，也能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0274]
《14.ir成像传感器的第二构造例》
[0275]
图21是示出了在光接收元件1包括ir成像传感器的情况下的像素10的第二构造例的横截面图。
[0276]
在图21中，与上述其他构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0277]
在图21的ir成像传感器的第二构造例中，把图20所示的ir成像传感器的第一构造例中的形成于半导体基板41的像素边界部44处的像素间沟槽部61替换为像素间沟槽部121。像素间沟槽部121是穿透半导体基板41的沟槽部，且其与图8所示的tof传感器的像素10的第二构造例类似。
[0278]
通过形成这样的像素间沟槽部121，可以将相邻的像素彼此完全电气隔离。因此，像素间沟槽部121防止入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。
[0279]
此外，例如，在半导体基板41的正面侧(该正面侧是形成有多层型互连层42的一侧)的界面上形成有以预定间隔规则地排列着的扩散膜351。扩散膜351由与传输晶体管trg1的栅极的材料相同的材料(例如，多晶硅)制成，并且位于与传输晶体管trg1的栅极的基板深度位置相同的基板深度位置。因为扩散膜351是在与传输晶体管trg1的栅极的基板深度位置相同的基板深度位置处由相同的材料制成的，所以扩散膜351能够与传输晶体管trg1的栅极同时形成。因此，可以使步骤标准化并且减少步骤的数量。扩散膜351的厚度例如为100nm以上且500nm以下。注意，扩散膜351可以由多晶硅及自对准硅化物(salicide)膜制成，且可以由具有多晶硅作为其主要成分的材料制成。此外，虽然在图中省略了，但在扩散膜351与半导体基板41的界面之间形成有如同传输晶体管trg1的栅极那样的绝缘膜(栅极绝缘膜)。
[0280]
图22是像素10的平面图，示出了图21所示的扩散膜351的平面布置。注意，图22还示出了像素10的像素晶体管的布置。
[0281]
在图22中，水平方向对应于图1的行方向(水平方向)，垂直方向对应于图1的列方向(垂直方向)。
[0282]
如图22所示，扩散膜351具有如下的二维周期性结构：其中，在行方向和列方向中的每一个方向上以预定的周期lp重复地形成有凸起部及凹陷部，该凸起部是具有预定线宽的膜的部分，该凹陷部是不具有膜的部分。与形成扩散膜351的节距对应的周期lp例如被设定为200nm以上且1000nm以下。扩散膜351在矩形像素10的中央部分的区域中被形成为岛状，且进入其中该扩散膜351不与其他电极连接的浮动状态。注意，扩散膜351可以不是进入浮动状态，而是连接到预定的电极以具有例如接地电位(gnd)或负偏压。
[0283]
根据图21和图22的第二构造例，像素间沟槽部121和像素内沟槽部112分别被形成在像素边界部44处和像素的中央部分处，以防止入射到半导体基板41上的入射光穿透到相邻的像素10同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。
[0284]
此外，遮光构件63设置在位于光电二极管pd的形成区域下方的金属膜m中，以使在半导体基板41的内部未被光电转换而通过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射且再次入射到半导体基板41上。
[0285]
然而，如果遮光构件63具有高反射率，那么存在着被遮光构件63反射的光会穿透到半导体基板41的外部(芯片上透镜47侧)的可能性。为了解决该问题，在半导体基板41的正面侧的界面上形成了具有二维凹凸不平结构的扩散膜351。以此方式，从半导体基板41穿透到多层型互连层42的光以及由遮光构件63反射的光被扩散膜351扩散，从而防止穿透到半导体基板41的芯片上透镜47侧。
[0286]
因此，根据ir成像传感器的第二构造例，可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41的内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0287]
注意，当光能够令人满意地被反射且能够通过扩散膜351被扩散至半导体基板41时，遮光构件63不是必须设置的，而是可以被省去。
[0288]
《15.ir成像传感器的第三构造例》
[0289]
图23是示出了在光接收元件1包括ir成像传感器的情况下的像素10的第三构造例的横截面图。
[0290]
在图23中，与上述其他构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0291]
在图23的第三构造例中，把图21的第二构造例中的形成于蛾眼结构部111的像素的中央部分处的像素内沟槽部112替换为像素内沟槽部141，该像素内沟槽部141是以从半导体基板41的正面侧挖掘至预定深度的方式形成的。此外，因为像素内沟槽部141被形成在半导体基板41的正面侧，所以扩散膜351被形成在使该扩散膜351不与像素内沟槽部141重叠的位置处。像素内沟槽部141类似于图9所示的tof传感器的像素10的第三构造例。
[0292]
图24是像素10的平面图，示出了图23所示的扩散膜351的平面布置。
[0293]
如图24所示，扩散膜351被形成在使该扩散膜351不与像素内沟槽部141重叠的位置处。
[0294]
除了上述方面之外，ir成像传感器的第三构造例类似于图21的第二构造例。
[0295]
如上面参照图9所述的那样，当设置有像素内沟槽部141以替换像素内沟槽部112时，能够增大将入射光限制在自身像素内部的可能性。此外，像素间沟槽部121也被形成在像素边界部44处，以防止入射在半导体基板41上的入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，利用扩散膜351的扩散效果，防止了红外光穿透到半导体基板41的芯片上透镜47侧。
[0296]
因此，根据ir成像传感器的第三构造例，可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41的内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0297]
《16.ir成像传感器的第四构造例》
[0298]
图25是示出了在光接收元件1包括ir成像传感器的情况下的像素10的第四构造例的横截面图。
[0299]
在图25中，与上述其他构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0300]
在图25的ir成像传感器的第四构造例中，把图21所示的ir成像传感器的第二构造例中的形成于半导体基板41的像素的中央部分处的像素内沟槽部112替换为穿透半导体基板41的像素内沟槽部352。像素内沟槽部352与像素内沟槽部112类似，不同之处在于将沟槽部形成为从半导体基板41的背面侧穿透到正面侧。此外，因为像素内沟槽部352被形成为穿透到半导体基板41的正面侧，所以扩散膜351被形成在使该扩散膜351不与像素内沟槽部352重叠的位置处。
[0301]
图26中的a是根据图25的第四构造例的像素10的像素间沟槽部121和像素内沟槽部352的平面图。
[0302]
像素内沟槽部352在位于光电二极管pd的区域内部的像素的中央部分处被形成为十字形状。
[0303]
在图25的横截面图中，光电二极管pd被像素内沟槽部352划分。然而，如图26中的a所示，像素内沟槽部352在平面方向上并未延伸到像素的边界。因此，光电二极管pd是由一个区域形成的。
[0304]
注意，像素内沟槽部352可以被形成为如下的十字形状：其中，像素内沟槽部352如图26中的b所示那样在像素的中央部分处并未交叉。在这种情况下，光电二极管pd也是由一个区域形成的。
[0305]
除了上述方面之外，ir成像传感器的第四构造例类似于图21的第二构造例。
[0306]
当设置有像素内沟槽部352以替换像素内沟槽部112时，还能够增大将入射到半导体基板41中的入射光限制在自身像素内部的可能性。此外，像素间沟槽部121也被形成在像素边界部44处，以防止入射在半导体基板41上的入射光穿透到相邻的像素10且同时将该入射光限制在自身像素内部，并且防止入射光从相邻的像素10泄漏过来。此外，利用扩散膜351的扩散效果，防止了红外光穿透到半导体基板41的芯片上透镜47侧。
[0307]
因此，根据ir成像传感器的第四构造例，可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41的内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0308]
《扩散膜351的变型例》
[0309]
如图22等所示的扩散膜351具有如下的格子状平面形状：其中，线性凸起部彼此交叉，这些线性凸起部具有预定线宽的膜。然而，如图27所示，扩散膜351的凸起部和凹陷部可以颠倒。在图27的扩散膜351中，通过使图22的扩散膜351颠倒，形成了作为膜部的凸起部和不具有膜的凹陷部。因此，不具有膜的凹陷部排列成格子状图案，且矩形凸起部以预定间隔排列着。在行方向和列方向中的每一个方向上的矩形凸起部之间的间隔是按照预定周期lp来设定的。
[0310]
此外，可以在半导体基板41的正面侧的界面上形成与半导体基板41的背面侧的蛾眼结构部111类似的蛾眼结构，且扩散膜351可以被形成在该蛾眼结构上。在这种情况下，扩散膜351不具有其中在行方向和列方向中的每一个方向上以预定的周期lp重复地形成有凸起部及凹陷部的间隙图案，而是可以为其中未形成有凹陷部(仅形成有凸起部)的具有预定膜厚的膜。
[0311]
《17.spad像素的第一构造例》
[0312]
在前述的实施例中，在光接收元件1是tof传感器的情况下光接收元件1是基于间接tof方法输出距离测量信息的tof传感器。
[0313]
tof传感器除了可以采用间接tof方法之外，还可以采用直接tof方法。间接tof方法是这样一种方法：其中，将照射光的发射之后直到接收到反射光为止的飞行时间检测为相位差，以计算出到物体的距离。另一方面，直接tof方法是这样一种方法：其中，直接测量在照射光的发射之后直到接收到反射光的飞行时间，以计算出到物体的距离。
[0314]
在基于直接tof方法的光接收元件1中，使用例如spad(single photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)等作为各个像素10的光电转换元件。
[0315]
图28示出了在像素10是使用spad作为光电转换元件的spad像素的情况下的电路构造例。
[0316]
图28的像素10包括spad 371和读取电路372，该读取电路372包括晶体管381和反相器382。此外，像素10还包括开关383。晶体管381包括p型mos晶体管。
[0317]
spad 371的阴极连接到晶体管381的漏极，且连接到反相器382的输入端及开关383的一端。spad 371的阳极连接到电源电压va(以下也称为阳极电压va)。
[0318]
spad 371是这样的光电二极管(单光子雪崩光电二极管)：当入射光入射到spad 371上时，其雪崩倍增所产生的电子且输出阴极电压vs的信号。提供给spad 371的阳极的电源电压va例如是约为-20v的负偏压(负电位)。
[0319]
晶体管381是这样的恒定电流源：其在饱和区中工作且用作淬灭电阻器以进行被动淬灭。晶体管381的源极连接到电源电压ve，且晶体管381的漏极连接到spad 371的阴极、反相器382的输入端和开关383的一端。因此，电源电压ve也被提供给spad 371的阴极。也可以使用上拉电阻器来代替与spad 371串联的晶体管381。
[0320]
比spad 371的击穿电压vbd大的电压(过偏压)被施加到spad371，以便以足够的效率来检测光(光子)。例如，当spad 371的击穿电压vbd为20v且将比击穿电压vbd大3v的电压施加到spad 371时，提供给晶体管381的源极的电源电压ve为3v。
[0321]
注意，spad 371的击穿电压vbd随温度等变化很大。因此，根据击穿电压vbd的变化来控制(调整)施加到spad 371的电压。例如，当电源电压ve为固定电压时，控制(调整)阳极电压va。
[0322]
开关383的两端中的一端连接到spad 371的阴极、反相器382的输入端和晶体管381的漏极，另一端连接到接地(gnd)。开关383可以包括n型mos晶体管，且根据从垂直驱动部22提供过来的栅控控制信号(gating control signal)vg来接通/关断。
[0323]
垂直驱动部22将高或低栅控控制信号vg提供给各个像素10的开关383，并且使开关383接通或关断，以将像素阵列部21的各个像素10设定为激活像素或非激活像素。激活像素是检测光子入射的像素，非激活像素是不检测光子入射的像素。当根据栅控控制信号vg将开关383接通并且spad 371的阴极被控制为连接至接地时，像素10变为非激活像素。
[0324]
将参照图29来说明在图28的像素10被设定为激活像素的情况下的像素10的操作。
[0325]
图29是示出了spad 371的阴极电压vs和检测信号pfout根据光子入射的变化的曲线图。
[0326]
首先，当像素10是激活像素时，如上所述地将开关383设定为关断。
[0327]
电源电压ve(例如，3v)被提供给spad 371的阴极，且电源电压va(例如，-20v)被提
供给spad 371的阳极。因此，大于击穿电压vbd(＝20v)的反向电压被施加到spad 371。因此，spad 371被设定为盖革(geiger)模式。在这种状态下，spad 371的阴极电压vs与电源电压ve相同，例如如图29的时间t0所示。
[0328]
当光子入射到被设定为盖革模式的spad 371上时，电流会随着雪崩倍增的发生而流入spad 371中。
[0329]
当电流随着在图29的时间t1下发生雪崩倍增的情况而流入spad371中时，该电流在时间t1之后流入spad 371中。据此，该电流也流入晶体管381中，且由于晶体管381的电阻成分而发生电压降。
[0330]
当spad 371的阴极电压vs在时间t2变得小于0v时，spad 371的阳极和阴极之间的电压变得小于击穿电压vbd。因此，雪崩倍增停止。在此，如下的操作为淬灭操作：由雪崩倍增产生的电流流入晶体管381中，引起电压降的发生，阴极电压vs随着电压降的发生而变得小于击穿电压vbd，从而引起雪崩倍增的停止。
[0331]
当雪崩倍增停止时，流入晶体管381这个电阻器中的电流逐渐减小。因此，阴极电压vs在时刻t4恢复到初始电源电压ve，这就成为能够检测下一个新光子(再充电操作)的状态。
[0332]
反相器382在作为输入电压的阴极电压vs为预定的阈值电压vth以上时就输出lo(低)检测信号pfout，且在阴极电压vs小于预定的阈值电压vth时就输出hi(高)检测信号pfout。因此，当光子入射到spad 371上，且阴极电压vs随着雪崩倍增的发生而减小并变得小于阈值电压vth时，检测信号pfout从低电平变为高电平。另一方面，当spad371的雪崩倍增收敛，且阴极电压vs增加并变为阈值电压vth以上时，检测信号pfout从高电平变为低电平。
[0333]
注意，当像素10是非激活像素时，将开关383接通。当开关383接通时，spad 371的阴极电压变为0v。因此，spad 371的阳极和阴极之间的电压变为击穿电压vbd以下。因此，即使光子进入spad 371，spad371也不会做出反应。
[0334]
图30是示出了在像素10是spad像素的情况下的第一构造例的横截面图。
[0335]
在图30中，与上述其他构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0336]
半导体基板41的像素间沟槽部121内部的像素区域包括n阱区域401、p型扩散层402、n型扩散层403、空穴累积层404和浓p型扩散层405。此外，由耗尽层形成雪崩倍增区域406，该耗尽层形成于其中有p型扩散层402和n型扩散层403彼此连接的区域中。
[0337]
n阱区域401是在半导体基板41的杂质浓度被控制为n型时形成的，且形成了电场，以将像素10的光电转换所产生的电子传输到雪崩倍增区域406。
[0338]
p型扩散层402是浓p型扩散层(p )，其被形成为沿平面方向在像素区域的几乎整个表面上延伸。n型扩散层403是浓n型扩散层(n )，其位于半导体基板41的正面附近且如同p型扩散层402一样地被形成为在像素区域的几乎整个表面上延伸。n型扩散层403是接触层，其与用作阴极电极的接触电极411连接以提供用于形成雪崩倍增区域406的负电压的，且具有突起形状以便被形成得部分地延伸到半导体基板41的正面上的接触电极411。电源电压ve从接触电极411施加到n型扩散层403。
[0339]
空穴累积层404是以围绕n阱区域401的侧面和底面的方式形成的p型扩散层(p)，
并且用于累积空穴。此外，空穴累积层404连接到浓p型扩散层405，该浓p型扩散层405电气连接到用作spad 371的阳极电极的接触电极412。
[0340]
浓p型扩散层405是以在半导体基板41的正面附近围绕n阱区域401的平面方向上的外周的方式形成的浓p型扩散层(p )，并且构成了用于将空穴累积层404与spad 371的接触电极412彼此电气连接的接触层。电源电压va从接触电极412施加到浓p型扩散层405。
[0341]
注意，可以形成通过将半导体基板41的杂质浓度控制为p型而得到的p阱区域来替换n阱区域401。注意，当形成p阱区域来替换n阱区域401时，电源电压va和电源电压ve分别施加到n型扩散层403和浓p型扩散层405。
[0342]
在多层型互连层42中，形成有接触电极411和412、金属互连件413和414、接触电极415和416、金属焊盘417和418、以及扩散膜419。
[0343]
扩散膜419与形成于图21等所示的像素10中的扩散膜351类似。即，扩散膜419例如以预定间隔规则地排列在半导体基板41的正面侧(即，形成有多层型互连层42的一侧)的界面上，且从半导体基板41穿透到多层型互连层42的光和由金属互连件413反射的光被扩散膜419扩散，以防止进一步穿透到半导体基板41的外部(芯片上透镜47侧)。
[0344]
此外，多层型互连层42接合到其中形成有逻辑电路的逻辑电路板的互连层410(以下称为逻辑互连层410)。在逻辑电路板中，形成有上述读取电路372和用作开关383的mos晶体管等。
[0345]
接触电极411将n型扩散层403和金属互连件413彼此连接，并且接触电极412将浓p型扩散层405和金属互连件414彼此连接。
[0346]
如图30所示，金属互连件413被形成为比雪崩倍增区域406更宽，以便在平面方向上至少覆盖雪崩倍增区域406。此外，金属互连件413使已经透过半导体基板41的光被反射到半导体基板41。
[0347]
如图30所示，金属互连件414被形成为位于金属互连件413的外周处，且在平面方向上与浓p型扩散层405重叠。
[0348]
接触电极415将金属互连件413和金属焊盘417彼此连接，并且接触电极416将金属互连件414和金属焊盘418彼此连接。
[0349]
金属焊盘417和418分别与形成于逻辑互连层410中的金属焊盘431和432利用金属接合而通过它们的金属(cu)彼此电气连接和机械连接。
[0350]
在逻辑互连层410中，形成有电极焊盘421和422、接触电极423至426、绝缘层429、以及金属焊盘431和432。
[0351]
电极焊盘421和422中的每一者被用来连接到逻辑电路板(未图示)，且绝缘层429将电极焊盘421和422彼此绝缘。
[0352]
接触电极423和424将电极焊盘421和金属焊盘431彼此连接，且接触电极425和426将电极焊盘422和金属焊盘432彼此连接。
[0353]
金属焊盘431接合到金属焊盘417，金属焊盘432接合到金属焊盘418。
[0354]
通过这种互连结构，电极焊盘421例如经由接触电极423和424、金属焊盘431、金属焊盘417、接触电极415、金属互连件413和接触电极411而被连接到n型扩散层403。因此，在图30的像素10中，能够从逻辑电路板的电极焊盘421提供要施加到n型扩散层403的电源电压ve。
[0355]
此外，电极焊盘422经由接触电极425和426、金属焊盘432、金属焊盘418、接触电极416、金属互连件414和接触电极412而被连接到浓p型扩散层405。因此，在图30的像素10中，能够从逻辑电路板的电极焊盘422提供要施加到空穴累积层404的阳极电压va。
[0356]
图31是spad像素的平面图，示出了图30所示的扩散膜419的平面布置。
[0357]
如图31所示，扩散膜419被形成在使该扩散膜419与雪崩倍增区域406(图31中未图示)重叠的区域中，且被形成在使该扩散膜419不与用作阴极电极的接触电极411重叠的位置处。
[0358]
图31的扩散膜419示出了如同图27所示的扩散膜351那样以预定间隔排列有矩形凸起部的平面形状的示例。然而，扩散膜419当然也可以具有如同图22的扩散膜351那样的格子平面形状。
[0359]
在如上所述地构造出来的spad像素的第一构造例中，像素间沟槽部121被形成在像素边界部44处，且扩散膜419被形成在半导体基板41的正面侧(即，形成有多层型互连层42的一侧)的界面上。
[0360]
因此，根据spad像素的第一构造例，可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41的内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0361]
《18.spad像素的第二构造例》
[0362]
图32是示出了在像素10是spad像素的情况下的第二构造例的横截面图。
[0363]
在图32中，与图30所示的spad像素的第一构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0364]
在图30所示的spad像素的第一构造例中，p型扩散层402、n型扩散层403和雪崩倍增区域406都被形成在像素10的中央部分处，这里的中央部分在平面方向上与金属互连件413的平面区域几乎是相同的。而且，接触电极411也被形成在像素10的中央部分处。
[0365]
与此对照地，在图32的spad像素的第二构造例中，p型扩散层402、n型扩散层403和雪崩倍增区域406都形成于在平面方向上与金属互连件413的外周部靠近的周边区域中。接触电极411也根据n型扩散层403的位置而被布置在像素10的周边附近。
[0366]
扩散膜419以预定间隔规则地布置于半导体基板41的正面侧的界面上且在平面方向上处于比p型扩散层402、n型扩散层403和雪崩倍增区域406更靠内侧的界面上。扩散膜419也可以由具有多晶硅作为其主要成分的诸如多晶硅等材料制成。
[0367]
在如上所述地构造出来的spad像素的第二构造例中，通过利用像素间沟槽部121和扩散膜419，也可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41的内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0368]
《19.spad像素的第三构造例》
[0369]
图33是示出了在像素10是spad像素的情况下的第三构造例的横截面图。
[0370]
在图33中，与图32所示的spad像素的第二构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0371]
图33的spad像素的第三构造例除了把图32所示的spad像素的第二构造例中的扩
散膜419替换为扩散膜451以外，其他方面类似于图32所示的spad像素的第二构造例。
[0372]
在图32所示的spad像素的第二构造例中，扩散膜419如同像素晶体管的栅极电极一样隔着栅极绝缘膜(未图示)而被形成在半导体基板41的正面侧的表面上，该扩散膜419使用例如多晶硅等作为材料。
[0373]
与此对照地，扩散膜451以sti(shallow trench isolation：浅沟槽隔离)结构(其是cmos晶体管分隔结构)而被形成得埋入到半导体基板41中。作为扩散膜451而埋入的材料例如是诸如sio2等绝缘膜。扩散膜451如同扩散膜351一样具有例如100nm以上且500nm以下的深度(厚度)。此外，扩散膜451可以具有与图22和图27所示的扩散膜351的平面形状类似的平面形状。
[0374]
在如上所述地构造出来的spad像素的第三构造例中，利用像素间沟槽部121和扩散膜451，也可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41的内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。
[0375]
《20.capd像素的构造例》
[0376]
在前述实施例中，在光接收元件1是间接tof传感器的情况下的根据图1至图18所示的第一至第七构造例中的像素10是被称为基于栅极方法的传感器的tof传感器，其中，光电二极管pd的电荷作为脉冲而被交替地施加到两个栅极(两个传输晶体管trg)。
[0377]
另一方面，存在一种被称为基于capd(current assisted photonic demodulator：电流辅助光子解调器)方法的传感器的tof传感器，其中，将电压直接施加到tof传感器的半导体基板41，从而在基板内部产生电流，且对基板内部的宽阔区域进行高速调制，以分配通过光电转换而得到的电荷。
[0378]
图34示出了在像素10是采用capd方法的capd像素的情况下的电路构造例。
[0379]
图34的像素10在半导体基板41的内部具有信号提取部765-1和765-2。信号提取部765-1至少包括作为n型半导体区域的n 半导体区域771-1和作为p型半导体区域的p 半导体区域773-1。信号提取部765-2至少包括作为n型半导体区域的n 半导体区域771-2和作为p型半导体区域的p 半导体区域773-2。
[0380]
对应于信号提取部765-1，像素10具有传输晶体管721a、fd 722a、复位晶体管723a、放大晶体管724a和选择晶体管725a。
[0381]
此外，对应于信号提取部765-2，像素10具有传输晶体管721b、fd722b、复位晶体管723b、放大晶体管724b和选择晶体管725b。
[0382]
垂直驱动部22向p 半导体区域773-1施加预定电压mix0(第一电压)，且向p 半导体区域773-2施加预定电压mix1(第二电压)。例如，电压mix0和mix1中的一者被设定为1.5v，另一者被设定为0v。p 半导体区域773-1和773-2是要被施加有第一电压或第二电压的电压施加部。
[0383]
n 半导体区域771-1和771-2是电荷检测部，其检测并累积当入射到半导体基板41上的光被光电转换时所生成的电荷。
[0384]
当提供给传输晶体管721a的栅极电极的传输驱动信号trg进入激活状态时，传输晶体管721a相应地进入导通状态，且将累积在n 半导体区域771-1中的电荷传输到fd 722a。当提供给传输晶体管721b的栅极电极的传输驱动信号trg进入激活状态时，传输晶体
管721b相应地进入导通状态，且将累积在n 半导体区域771-2中的电荷传输到fd722b。
[0385]
fd 722a暂时保留从n 半导体区域771-1提供过来的电荷。fd 722b暂时保留从n 半导体区域771-2提供过来的电荷。
[0386]
当提供给复位晶体管723a的栅极电极的复位驱动信号rst进入激活状态时，复位晶体管723a相应地进入导通状态，且将fd 722a的电位复位到预定电平(复位电压vdd)。当提供给复位晶体管723b的栅极电极的复位驱动信号rst进入激活状态时，复位晶体管723b相应地进入导通状态，且将fd 722b的电位复位到预定电平(复位电压vdd)。注意，当使复位晶体管723a和723b进入激活状态时，也使传输晶体管721a和721b同时进入激活状态。
[0387]
当放大晶体管724a的源极电极经由选择晶体管725a而被连接到垂直信号线29a时，放大晶体管724a与连接至垂直信号线29a的一端的恒定电流源电路部726a的负载mos一起构成源极随耦器电路。当放大晶体管724b的源极电极经由选择晶体管725b而被连接到垂直信号线29b时，放大晶体管724b与连接至垂直信号线29b的一端的恒定电流源电路部726b的负载mos一起构成源极随耦器电路。
[0388]
选择晶体管725a连接在放大晶体管724a的源极电极和垂直信号线29a之间。当提供给选择晶体管725a的栅极电极的选择驱动信号sel进入激活状态时，选择晶体管725a相应地进入导通状态，且将从放大晶体管724a输出的像素信号输出到垂直信号线29a。
[0389]
选择晶体管725b连接在放大晶体管724b的源极电极和垂直信号线29b之间。当提供给选择晶体管725b的栅极电极的选择驱动信号sel进入激活状态时，选择晶体管725b相应地进入导通状态，且将从放大晶体管724b输出的像素信号输出到垂直信号线29b。
[0390]
像素10的传输晶体管721a和721b、复位晶体管723a和723b、放大晶体管724a和724b以及选择晶体管725a和725b由例如垂直驱动部22控制。
[0391]
图35是像素10为capd像素的情况下的横截面图。
[0392]
在图35中，与上述其他构造例中的那些部分对应的部分被赋予相同的附图标记，并且将会适当地省略对它们的说明。
[0393]
在像素10是capd像素的情况下，在半导体基板41的与形成有芯片上透镜47的光入射面侧相对的一侧的表面附近在像素10的中央部分处形成有氧化膜764，且信号提取部765-1和765-2分别被形成在氧化膜764的两端。
[0394]
信号提取部765-1包括：作为n型半导体区域的n 半导体区域771-1；具有比n 半导体区域771-1的施主杂质浓度低的施主杂质浓度的n-半导体区域772-1；作为p型半导体区域的p 半导体区域773-1；和具有比p 半导体区域773-1的受主杂质浓度低的受主杂质浓度的p-半导体区域774-1。相对于si而言，施主杂质的实例包括元素周期表中的属于第5族的元素，例如磷(p)和砷(as)。相对于si而言，受主杂质的实例包括元素周期表中的属于第3族的元素，例如硼(b)。成为施主杂质的元素被称为施主元素，且成为受主杂质的元素被称为受主元素。
[0395]
在信号提取部765-1中，n 半导体区域771-1及n-半导体区域772-1被形成在p 半导体区域773-1及p-半导体区域774-1的周围，以围绕p 半导体区域773-1及p-半导体区域774-1的周边。p 半导体区域773-1及n 半导体区域771-1与多层型互连层42接触。p-半导体区域774-1布置于p 半导体区域773-1上(在芯片上透镜47侧)，以便覆盖p 半导体区域773-1，并且n-半导体区域772-1布置于n 半导体区域771-1上(在芯片上透镜47侧)，以便覆盖n
半导体区域771-1。换言之，p 半导体区域773-1和n 半导体区域771-1在半导体基板41内部被布置于多层型互连层42侧，并且n-半导体区域772-1和p-半导体区域774-1在半导体基板41内部被布置于芯片上透镜47侧。此外，在n 半导体区域771-1和p 半导体区域773-1之间形成有由氧化膜或类似物制成的隔离部775-1，以将上述区域相互隔离。
[0396]
类似地，信号提取部765-2包括：作为n型半导体区域的n 半导体区域771-2、具有比n 半导体区域771-2的施主杂质浓度低的施主杂质浓度的n-半导体区域772-2，作为p型半导体区域的p 半导体区域773-2；和具有比p 半导体区域773-2的受主杂质浓度低的受主杂质浓度的p-半导体区域774-2。
[0397]
在信号提取部765-2中，n 半导体区域771-2及n-半导体区域772-2被形成在p 半导体区域773-2及p-半导体区域774-2的周围，以围绕p 半导体区域773-2和p-半导体区域774-2的周边。p 半导体区域773-2及n 半导体区域771-2与多层型互连层42接触。p-半导体区域774-2布置于p 半导体区域773-2上(在芯片上透镜47侧)，以便覆盖p 半导体区域773-2，并且n-半导体区域772-2布置于n 半导体区域771-2上(在芯片上透镜47侧)，以便覆盖n 半导体区域771-2。换言之，p 半导体区域773-2和n 半导体区域771-2在半导体基板41内部被布置于多层型互连层42侧，且n-半导体区域772-2和p-半导体区域774-2在半导体基板41内部被布置于芯片上透镜47侧。此外，在n 半导体区域771-2和p 半导体区域773-2之间形成有由氧化膜或类似物制成的隔离部775-2，以相互隔离该区域。
[0398]
氧化膜764还被形成在预定像素10的信号提取部765-1的n 半导体区域771-1与相邻像素10的信号提取部765-2的n 半导体区域771-2之间的区域中，该区域是彼此相邻的像素10之间的边界区域。
[0399]
在半导体基板41的位于光入射面侧的界面上，形成有p 半导体区域701，p 半导体区域701覆盖整个光入射面且包括带有固定正电荷的层叠膜。
[0400]
在下文中，当不需要特别区分信号提取部765-1和765-2时，将信号提取部765-1和765-2简称为信号提取部765。
[0401]
此外，在下文中，当不需要特别区分n 半导体区域771-1和771-2时，将n 半导体区域771-1和771-2简称为n 半导体区域771，并且当不需要特别区分n-半导体区域772-1和772-2时，将n-半导体区域772-1和772-2简称为n-半导体区域772。
[0402]
此外，在下文中，当不需要特别区分p 半导体区域773-1和773-2时，将p 半导体区域773-1和773-2简称为p 半导体区域773，并且当不需要特别区分p-半导体区域774-1和774-2时，将p-半导体区域774-1和774-2简称为p-半导体区域774。此外，当不需要特别区分隔离部775-1和775-2时，将隔离部775-1和775-2简称为隔离部775。
[0403]
设置在半导体基板41中的n 半导体区域771用作电荷检测部，其检测从外部入射到像素10上的光量，即，通过半导体基板41的光电转换而产生的信号载流子的量。注意，除了n 半导体区域771可以被认为是电荷检测部之外，施主杂质浓度低的n-半导体区域772也可以被认为是电荷检测部。此外，p 半导体区域773用作电压施加部，其向半导体基板41注入多个载流子电流，即直接向半导体基板41施加电压以在半导体基板41内部产生电场。注意，除了p 半导体区域773被认为是电压施加部之外，受主杂质浓度低的p-半导体区域774也可以被认为是电压施加部。
[0404]
在半导体基板41的正面侧(其是形成有多层型互连层42的一侧)的界面上，例如布
置有以预定间隔规则地排列的扩散膜811。此外，虽然图中省略了，但是在扩散膜811与半导体基板41的界面之间形成有绝缘膜(栅极绝缘膜)。
[0405]
扩散膜811与形成于图30等所示的像素10中的扩散膜419类似。即，扩散膜811例如在半导体基板41的正面侧(即，形成有多层型互连层42的一侧)的界面上以预定间隔规则地排列着，且从半导体基板41穿透到多层型互连层42的光和由将会稍后说明的反射构件815反射的光被扩散膜811扩散，以防止进一步穿透到半导体基板41的外部(芯片上透镜47侧)。扩散膜811也可以由具有多晶硅作为其主要成分的诸如多晶硅等材料制成。
[0406]
注意，如图36所示，扩散膜811被形成得避开n 半导体区域771-1和p 半导体区域773-1的位置，以免与n 半导体区域771-1和p 半导体区域773-1的位置重叠。
[0407]
在图35中，多层型互连层42内的第一金属膜m1至第五金属膜m5之中的最靠近半导体基板41的第一金属膜m1包括：电源线813，其用于提供电源电压；电压施加互连件814，其用于向p 半导体区域773-1或773-2施加预定电压；和反射构件815，其作为用于反射入射光的构件。电压施加互连件814经由接触电极812连接到p 半导体区域773-1或773-2，并且将预定电压mix0和预定电压mix1分别施加到p 半导体区域773-1和p 半导体区域773-2。
[0408]
在图35的第一金属膜m1中，除了电源线813和电压施加互连件814之外的互连件都成为反射构件815，但是省略了一些附图标记，以防止附图的复杂化。反射构件815是被设置用来反射入射光的虚设互连件。反射构件815布置在n 半导体区域771-1和771-2下方，且在平面图中与作为电荷检测部的n 半导体区域771-1和771-2重叠。此外，在第一金属膜m1中，还形成有将n 半导体区域771和传输晶体管721彼此连接的接触电极(未图示)，以便将累积于n 半导体区域771中的电荷传输到fd 722。
[0409]
注意，反射构件815在本示例中被布置在与第一金属膜m1为同一层的层中，但是不一定布置在该同一层中。
[0410]
在作为从半导体基板41侧起的第二层的第二金属膜m2中，例如形成有：与第一金属膜m1的电压施加互连件814连接的电压施加互连件816；用于传送传输驱动信号trg、复位驱动信号rst、选择驱动信号sel、fd驱动信号fdg等的控制线817；或接地线等。此外，fd 722等也被形成在第二金属膜m2中。
[0411]
在作为从半导体基板41侧起的第三层的第三金属膜m3中，例如形成有垂直信号线29或用于遮挡的互连件等。
[0412]
在作为从半导体基板41侧起的第四层的第四金属膜m4中，例如形成有用于将预定电压mix0或mix1施加到p 半导体区域773-1和773-2(该p 半导体区域773-1和773-2是信号提取部765的电压施加部)的电压供应线(未图示)。
[0413]
下面将会说明作为capd像素的图35所示的像素10的操作。
[0414]
垂直驱动部22驱动像素10并且将与通过光电转换而获得的电荷对应的信号分配给fd 722a和fd 722b(图34)。
[0415]
垂直驱动部22经由接触电极812等向两个p 半导体区域773施加电压。例如，垂直驱动部22将1.5v的电压施加到p 半导体区域773-1，且将0v的电压施加到p 半导体区域773-2。
[0416]
然后，在半导体基板41的两个p 半导体区域773之间产生电场，且电流从p 半导体区域773-1流向p 半导体区域773-2。在这种情况下，在半导体基板41的内部，空穴向p 半导
体区域773-2的方向移动，电子向p 半导体区域773-1的方向移动。
[0417]
因此，在这种状态下，当来自外部的红外光(反射光)经由芯片上透镜47入射到半导体基板41上，然后在半导体基板41的内部被光电转换成电子空穴对时，所获得的电子在两个p 半导体区域773之间的电场的作用下，被引导向p 半导体区域773-1的方向且移动进入到n 半导体区域771-1中。
[0418]
在这种情况下，由光电转换产生的电子被用作用于检测与入射到像素10上的红外光的量(即，所接收到的红外光的量)相对应的信号的信号载流子。
[0419]
因此，与移动进入到n 半导体区域771-1中的电子对应的电荷被累积在n 半导体区域771-1中，并经由fd 722a、放大晶体管724a、垂直信号线29a等被列处理部23检测到。
[0420]
即，n 半导体区域771-1的累积电荷被传输到与n 半导体区域771-1直接连接的fd 722a，且与传输到fd 722a的电荷对应的信号经由放大晶体管724a或垂直信号线29a被列处理部23读取。然后，由列处理部23对所读取的信号进行诸如ad转换处理等处理，并将作为处理结果而获得的像素信号提供给信号处理部26。
[0421]
像素信号成为如下这样的信号：该信号能够指示与由n 半导体区域771-1检测到的电子对应的电荷量，即累积于fd 722a中的电荷量。换言之，像素信号也可以被称为能够指示由像素10接收到的红外光量的信号。
[0422]
注意，与n 半导体区域771-1的情况类似，与由n 半导体区域771-2检测到的电子对应的像素信号也可以适当地用于距离测量。
[0423]
此外，依照下一时序，垂直驱动部22经由接触电极812等将电压施加到两个p 半导体区域773，从而产生具有与至此时已经在半导体基板41内部产生的电场的方向相反的方向的电场。具体地，例如，对p 半导体区域773-2施加1.5v的电压，对p 半导体区域773-1施加0v的电压。
[0424]
因此，在半导体基板41的两个p 半导体区域773之间产生了电场，且电流从p 半导体区域773-2流向p 半导体区域773-1。
[0425]
在这种状态下，当来自外部的红外光(反射光)经由芯片上透镜47入射到半导体基板41上，然后在半导体基板41内部被光电转换成电子空穴对时，所获得的电子在两个p 半导体区域773之间的电场的作用下被引导向p 半导体区域773-2的方向，并移动进入到n 半导体区域771-2中。
[0426]
因此，与移动进入到n 半导体区域771-2中的电子对应的电荷被累积在n 半导体区域771-2中，并经由fd 722b、放大晶体管724b、垂直信号线29b等被列处理部23检测到。
[0427]
即，n 半导体区域771-2的累积电荷被传输到与n 半导体区域771-2直接连接的fd 722b，且与传输到fd 722b的电荷对应的信号经由放大晶体管724b或垂直信号线29b被列处理部23读取。然后，由列处理部23对所读取的信号进行诸如ad转换处理等处理，并将作为处理结果而获得的像素信号提供给信号处理部26。
[0428]
注意，与n 半导体区域771-2的情况类似，与由n 半导体区域771-1检测到的电子对应的像素信号也可以适当地用于距离测量。
[0429]
当以上述方式获得在同一像素10中在彼此不同的周期中通过光电转换而获得的像素信号时，信号处理部26能够基于像素信号来计算出到目标物体的距离。
[0430]
图36是示出了在像素10为capd像素的情况下的信号提取部765和扩散膜811的布
置的平面图。
[0431]
与图27所示的扩散膜351一样，扩散膜811被构造为矩形凸起部且按预定间隔排列着。扩散膜811被形成为避开n 半导体区域771、p 半导体区域773和隔离部775的位置，以免与信号提取部765的位置重叠。
[0432]
在如上所述地构造出来的capd像素的构造例中，同样地，扩散膜811被形成在半导体基板41的正面侧(该正面侧是形成有多层型互连层42的一侧)的界面上。因为扩散膜811被形成在半导体基板41的正面上的界面上，所以从半导体基板41穿透到多层型互连层42的光和被反射构件815反射的光被扩散膜811扩散。因此，防止已经暂时入射到半导体基板41上的入射光穿透到半导体基板41的芯片上透镜47侧。
[0433]
因此，根据图35和图36的capd像素的构造例，可以高效地将已经从芯片上透镜47侧暂时入射到半导体基板41上的入射光限制在半导体基板41内部。也就是说，能够进一步增加在半导体基板41的内部被光电转换的红外光的量，且能够提高量子效率(qe)，即，对于红外光的敏感度。注意，当光能够令人满意地被反射且通过扩散膜811被扩散到半导体基板41时，可以省去反射构件815。
[0434]
《21.rgbir成像传感器的构造例》
[0435]
上文中所描述的ir成像传感器的第一至第四构造例不限于仅接收红外光的光接收元件，还能够应用于接收红外光和rgb光的rgbir成像传感器。
[0436]
图37中的a至图37中的c示出了在光接收元件1包括能够接收红外光和rgb光的rgbir成像传感器的情况下的像素布置例。
[0437]
在光接收元件1包括rgbir成像传感器的情况下，如图37中的a至37中的c所示，用于接收r(红色)光的r像素、用于接收b(蓝色)光的b像素、用于接收g(绿色)的光的g像素和用于接收ir(红外)光的ir像素被分配给四个(2
×
2)像素。
[0438]
各个像素10具有诸如上文中所描述的像素间沟槽部61、像素内沟槽部112和像素间沟槽部121等沟槽部。然而，关于在光电二极管pd的形成区域上方是否形成蛾眼结构(在该蛾眼结构中周期性地形成有微小凹凸不平结构)，能够采用图37中的a至图37中的c所示的三种方法。
[0439]
图37中的a示出了在r像素、b像素、g像素和ir像素所有像素10中都形成蛾眼结构的构造。
[0440]
图37中的b示出了仅在ir像素中形成蛾眼结构而在r像素、b像素和g像素中未形成蛾眼结构的构造。
[0441]
图37中的c示出了仅在b像素和ir像素中形成蛾眼结构而在r像素和g像素中未形成蛾眼结构的构造。形成有蛾眼结构的像素10能够降低半导体基板41的入射面的反射，从而能够提高敏感度。注意，蛾眼结构可以具有类似于蛾眼结构部111的形状或类似于蛾眼结构部114的形状。
[0442]
《22.测距模块的构造例》
[0443]
图38是示出了使用上述光接收元件1来输出距离测量信息的测距模块的构造例的框图。
[0444]
测距模块500包括发光部511、光发射控制部512和光接收部513。
[0445]
发光部511具有发射出预定波长的光的光源，且发射出亮度会周期性变动的照射
光，以将该照射光照射到物体上。例如，发光部511具有能够发射出780nm至1000nm波长的红外光的发光二极管作为光源，且与从光发射控制部512提供的具有矩形波的光发射控制信号clkp同步地发射出照射光。
[0446]
注意，光发射控制信号clkp不限于矩形波，只要光发射控制信号clkp是周期信号即可。例如，光发射控制信号clkp可以具有正弦波。
[0447]
光发射控制部512将光发射控制信号clkp提供给发光部511和光接收部513，并控制照射光的照射时序。光发射控制信号clkp具有例如20兆赫兹(mhz)的频率。注意，光发射控制信号clkp的频率不限于20兆赫兹，而是可以是5兆赫兹或100兆赫兹等。
[0448]
光接收部513接收由物体反射的反射光，根据光接收结果来计算各个像素的距离信息，并且产生且输出如下的深度图像：该深度图像中，与到物体(被摄体)的距离对应的深度值被存储为像素值。
[0449]
作为光接收部513，使用具有上文所描述的基于间接tof方法的第一至第七构造例、spad像素的第一至第三构造例、以及capd像素的构造例中任一者的像素结构的光接收元件1。例如，用作光接收部513的光接收元件1基于光发射控制信号clkp从与分配到像素阵列部21的各个像素10的浮动扩散区域fd1或fd2的电荷对应的检测信号计算出各个像素的距离信息。
[0450]
如上所述，具有上文所描述的基于间接tof方法的第一至第七构造例、spad像素的第一至第三构造例、以及capd像素的构造例中任一者的像素结构的光接收元件1能够作为测距模块500(该测距模块500可计算并输出关于到被摄体的距离的信息)的光接收部513而被埋入。因此，可以提高测距模块500的距离测量特性。
[0451]
《23.电子设备的构造例》
[0452]
注意，除了可应用于如上所述的测距模块之外，光接收元件1例如还可应用于各种电子设备，诸如具有测距功能的数码相机或数码摄影机等摄像装置和具有测距功能的智能电话等。
[0453]
图39是示出了作为应用本技术的电子设备的智能电话的构造例的框图。
[0454]
如图39所示，智能电话601被构造为使得测距模块602、摄像装置603、显示器604、扬声器605、麦克风606、通信模块607、传感器部608、触控面板609和控制部610经由总线611彼此连接。此外，当cpu(中央处理单元)运行程序时，控制部610具有作为应用程序处理部621和操作系统处理部622的功能。
[0455]
作为测距模块602，采用了图38所示的测距模块500。例如，测距模块602布置在智能电话601的前面。通过对智能电话601的用户进行距离测量，测距模块602能够输出用户的面部、手或手指等的正面形状的深度值作为距离测量结果。
[0456]
摄像装置603布置在智能电话601的前面。通过对智能电话601的用户作为被摄体进行摄像，摄像装置603获取用户的图像。注意，虽然图中未图示，但是摄像装置603也可以布置在智能电话601的后面。
[0457]
显示器604显示出操作屏幕以便执行由应用程序处理部621和操作系统处理部622进行的处理，或显示出由摄像装置603拍摄的图像等。例如，当使用智能电话601进行电话呼叫时，扬声器605和麦克风606执行对方语音的输出和用户语音的收集。
[0458]
通信模块607经由通信网络(诸如因特网、或公用电话线路网络等)、远距离通信网
络(诸如用于无线移动体的所谓4g线路和5g线路、wan(广域网)、或lan(局域网)等)、或者短距离无线通信(诸如蓝牙(tm)、或nfc(近场通信)等)等进行网络通信。传感器部608感测速度、加速度或近接度等，且触控面板609获取由用户在显示器604所显示的操作屏幕上进行的触控操作。
[0459]
应用程序处理部621可以执行处理以利用智能电话601提供各种服务。例如，应用程序处理部621能够执行如下的处理：基于虚拟地重现了用户的面部表情计算机图形来产生面部，且基于从测距模块602提供过来的深度值而在显示器604上显示出所产生的面部。此外，应用程序处理部621能够执行例如如下的处理：基于从测距模块602提供过来的深度值而产生任何多边形物体的三维形状数据。
[0460]
操作系统处理部622可以执行处理以实现智能电话601的基本功能和操作。例如，操作系统处理部622能够执行如下的处理：基于从测距模块602提供过来的深度值来认证用户的面部并解锁智能电话601。此外，操作系统处理部622能够执行例如如下的处理：基于从测距模块602提供过来的深度值而识别出用户的手势并根据该手势输入各种操作。
[0461]
在如上所述地构造的智能电话601中，例如，可以采用上述的测距模块500作为测距模块602，进行测量并显示到预定物体的距离的处理，或产生并显示预定物体的三维形状数据的处理等。
[0462]
《24.移动体的应用例》
[0463]
根据本发明的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体上的装置，该移动体例如为汽车、电动汽车、混合动力汽车、自动两轮车、自行车、个人机动载具、飞机、无人机、船舶和机器人。
[0464]
图40是示出了作为根据本发明实施例的技术可适用的移动体控制系统的一个示例的车辆控制系统的示意构造的示例的框图。
[0465]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图40所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构造，图示了微计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f：interface)12053。
[0466]
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统相关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到以下设备的控制装置的作用：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆驱动力的驱动力生成设备；用于将驱动力传输至车轮的驱动力传输机构；用于调整车辆的转向角度的转向机构；用于产生车辆的制动力的制动装置；以及诸如此类的装置等。
[0467]
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装于车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020起到以下设备的控制装置的作用：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置、或者诸如车头灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，从取代钥匙的便携设备发送的无线电波或来自各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置或灯等。
[0468]
车外信息检测单元12030检测搭载有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例
如，车外信息检测单元12030连接有摄像部12031。车外信息检测单元12030致使摄像部12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。根据所接收的图像，车外信息检测单元12030可以进行用于检测诸如人、车辆、障碍物、指示牌或路面标识等物体的检测处理，或可以进行距该物体的距离的检测处理。
[0469]
摄像部12031是能够接收光且输出与所接收的光的光量对应的电气信号的光传感器。摄像部12031能够将电气信号作为图像而输出，或能够将电气信号作为测距信息而输出。此外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外光等非可见光。
[0470]
车内信息检测单元12040检测车辆的内部的信息。车内信息检测单元12040例如连接有用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行摄像的相机。根据由驾驶员状态检测部12041输入过来的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的注意力集中程度，或可以判断驾驶员是否打瞌睡。
[0471]
根据通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车内或车外信息，微计算机12051能够计算驱动力生成设备、转向机构或制动装置的控制目标值，且能够将控制指令输出至驱动系统控制单元12010。例如，微计算机12051能够进行旨在实现先进驾驶员辅助系统(adas)功能的协作控制，该adas功能包括：车辆碰撞规避或车辆冲击减缓、基于跟车距离的跟车驾驶、车辆定速巡航、车辆碰撞警告、或车辆偏离车道警告等。
[0472]
此外，根据通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车外或车内信息，微计算机12051能够控制驱动力生成设备、转向机构或制动装置等，来进行旨在实现使车辆不需要依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协作控制。
[0473]
此外，根据通过车外信息检测单元12030获得的车外信息，微计算机12051能够将控制指令输出至车身系统控制单元12020。例如，根据通过车外信息检测单元12030检测到的前车或迎面来车的位置，微计算机12051能够通过控制车头灯使其从远光切换成近光从而执行旨在防止炫光的协作控制。
[0474]
声音/图像输出部12052将声音和图像中至少一者的输出信号传送至能够在视觉上或在听觉上将信息通知给车辆乘员或车辆外部的输出装置。在图40的示例中，作为输出装置，图示了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。显示部12062例如可以包括板载显示器和抬头显示器中的至少一者。
[0475]
图41示出了摄像部12031的安装位置的示例。
[0476]
在图41中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
[0477]
摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠或后备厢门、以及车厢内挡风玻璃上部等位置处。设置到前鼻处的摄像部12101和设置到车厢内挡风玻璃上部处的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置到侧视镜处的摄像部12102和12103主要获得车辆12100侧方的图像。设置到后保险杠或后备厢门处的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。设置到车厢内挡风玻璃上部处的摄像部12105主要用于检测前方的车辆、行人、障碍物、信号灯、交通标识、或车道等。
[0478]
顺便地，图41示出了摄像部12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置到前鼻处的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜处的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置到后保险杠或后备厢门处
的摄像部12104的摄像范围。例如，通过将摄像部12101至12104所拍摄的图像数据叠加，能够获得从上方观看的车辆12100的俯瞰图像。
[0479]
摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
[0480]
例如，根据从摄像部12101至12104获得的距离信息，微计算机12051能够求出与摄像范围12111至12114内的各三维物体相距的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的速度)，且据此，将如下这样的三维物体提取为前车：其尤其是在车辆12100的行驶路径上最接近的三维物体，且是在与车辆12100的行驶方向大致相同的方向上以预定的速度(例如，0km/h以上)行驶的三维物体。此外，微计算机12051能够设定相对于前车的近前要预先确保的跟车距离，并且能够进行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以进行旨在实现使车辆不需要依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协作控制。
[0481]
例如，根据从摄像部12101至12104获得的距离信息，微计算机12051能够将三维物体的三维物体数据分类成两轮车、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体等的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，且使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够在视觉上识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微计算机12051判定用于表示与各障碍物发生碰撞的风险度的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值且因此存在发生碰撞的可能的情况下，微计算机12051可以经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且可以经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或进行避免碰撞的转向。微计算机12051因此能够提供用于避免碰撞的辅助驾驶。
[0482]
摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。微计算机12051例如能够通过判定在摄像部12101至12104的所拍摄图像中是否存在行人来识别行人。这种识别行人的方法例如包括如下过程：从作为红外相机的摄像部12101至12104的所拍摄图像中提取特征点的过程；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理从而判定该物体是否为行人的过程。当微计算机12051判定了在摄像部12101至12104的所拍摄图像中存在行人且因此识别出该行人时，声音/图像输出部12052就控制显示部12062使其在所识别出的行人上叠加地显示出用于强调的方形轮廓线。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062使其在期望的位置处显示出用于表示行人的图标等。
[0483]
上文已经说明了根据本发明实施例的技术可适用的车辆控制系统的一个示例。根据本发明实施例的技术能够应用于上述构造之中的车外信息检测单元12030或摄像部12031。具体地，光接收元件1或测距模块500能够应用于车外信息检测单元12030或摄像部12031的距离检测处理块。通过将根据本发明实施例的技术应用于车外信息检测单元12030或摄像部12031，可以高精度地测量出到诸如人、车辆、障碍物、指示牌或路面上的文字等物体的距离，而且，通过使用所获得的距离信息，能够减轻驾驶员的疲劳度且能够增强驾驶员及车辆的安全度。
[0484]
本技术的实施例不限于上文所说明的实施例，而是能够在不背离本技术的精神的情况下以各种方式进行修改。
[0485]
此外，在上文所说明的光接收元件1中，说明了使用电子作为信号载流子的示例，但是也可以使用通过光电转换而产生的空穴作为信号载流子。
[0486]
例如，在上文所说明的光接收元件1中，可以采用将各实施例的全部或一部分进行组合的模式。
[0487]
注意，本说明书中所说明的效果仅用于说明而且不应当以受限制的方式来解释。本发明可以产生除了本说明书中记载的效果之外的效果。
[0488]
注意，本技术可以采用以下构造。
[0489]
(1)一种光接收元件，其包括：
[0490]
芯片上透镜；
[0491]
互连层；和
[0492]
布置在所述芯片上透镜与所述互连层之间的半导体层，
[0493]
所述半导体层包括：
[0494]
光电二极管；
[0495]
像素间沟槽部，所述像素间沟槽部是通过在相邻像素的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的；和
[0496]
像素内沟槽部，所述像素内沟槽部是通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的。
[0497]
(2)根据(1)所述的光接收元件，其中，
[0498]
所述半导体层还包括：
[0499]
第一传输晶体管，其用于将由所述光电二极管生成的电荷传输
[0500]
到第一电荷累积部；
[0501]
第二传输晶体管，其用于将所述光电二极管生成的电荷传输到第二电荷累积部；以及
[0502]
所述第一电荷累积部和所述第二电荷累积部。
[0503]
(3)根据(1)所述的光接收元件，其中，
[0504]
所述半导体层还包括：
[0505]
传输晶体管，其用于将由所述光电二极管生成的电荷传输到电
[0506]
荷累积部；和
[0507]
所述电荷累积部。
[0508]
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0509]
所述像素间沟槽部是以挖掘到直至穿透所述半导体层的程度形成的。
[0510]
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0511]
所述像素内沟槽部是通过从所述半导体层的形成有所述芯片上透镜的所述背面挖掘预定深度而形成的。
[0512]
(6)根据(1)至(4)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0513]
所述像素内沟槽部是通过从所述半导体层的形成有所述互连层的所述正面挖掘预定深度而形成的。
[0514]
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0515]
所述像素内沟槽部被布置成使得所述像素的矩形平面区域在平面图中的水平方
向和垂直方向各者上被划分为多个区域。
[0516]
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0517]
所述像素内沟槽部被形成为十字形状，利用所述十字形状将所述像素的矩形平面区域在平面图中划分为四个区域。
[0518]
(9)根据(8)所述的光接收元件，其中，
[0519]
在具有所述十字形状的所述像素内沟槽部的交叉点处未形成有所述像素内沟槽部。
[0520]
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0521]
在所述半导体层的形成有所述芯片上透镜的背面侧上形成有具有周期性的凹凸不平结构。
[0522]
(11)根据(10)所述的光接收元件，其中，
[0523]
所述像素内沟槽部被形成在所述具有周期性的凹凸不平结构的凹部中。
[0524]
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0525]
所述像素内沟槽部和所述像素间沟槽部由相同的材料制成。
[0526]
(13)根据(1)至(11)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0527]
所述像素内沟槽部和所述像素间沟槽部由不同的材料制成。
[0528]
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0529]
在所述半导体层的位于所述光电二极管的光入射面侧的上表面上，对应于一个所述光电二极管形成有一个所述芯片上透镜。
[0530]
(15)根据(1)至(13)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0531]
在所述半导体层的位于所述光电二极管的光入射面侧的上表面上，对应于一个所述光电二极管形成有多个所述芯片上透镜。
[0532]
(16)根据(15)所述的光接收元件，其中，
[0533]
在所述半导体层的位于所述光电二极管的光入射面侧的上表面上，对应于一个所述光电二极管形成有四个所述芯片上透镜。
[0534]
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0535]
所述互连层具有至少一个包含遮光构件的层，并且
[0536]
所述遮光构件被设置得在平面图中与所述光电二极管重叠。
[0537]
(18)根据(1)至(17)中任一项所述的光接收元件，其中，
[0538]
所述互连层具有扩散膜，所述扩散膜按预定间隔规则地排列在所述半导体层的正面侧的界面上。
[0539]
(19)一种测距模块，其包括：
[0540]
预定的发光源；和
[0541]
光接收元件，
[0542]
所述光接收元件包括：
[0543]
芯片上透镜；
[0544]
互连层；和
[0545]
布置在所述芯片上透镜与所述互连层之间的半导体层，
[0546]
所述半导体层包括：
[0547]
光电二极管；
[0548]
像素间沟槽部，所述像素间沟槽部是通过在相邻像素的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的；和
[0549]
像素内沟槽部，所述像素内沟槽部是通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的。
[0550]
(20)一种电子设备，其包括测距模块，所述测距模块包括：
[0551]
预定的发光源；和
[0552]
光接收元件，
[0553]
所述光接收元件包括：
[0554]
芯片上透镜；
[0555]
互连层；和
[0556]
布置在所述芯片上透镜与所述互连层之间的半导体层，
[0557]
所述半导体层包括：
[0558]
光电二极管；
[0559]
像素间沟槽部，所述像素间沟槽部是通过在相邻像素的边界部处挖掘所述半导体层的深度方向上的至少一部分而形成的；和
[0560]
像素内沟槽部，所述像素内沟槽部是通过在平面图中与所述光电二极管的一部分重叠的位置处从所述半导体层的正面或背面挖掘预定深度而形成的。
[0561]
本领域技术人员应理解，根据设计需求及其他因素，可以进行各种变型、组合、次组合和替代，只要它们落入在随附的权利要求或其等同物的范围内即可。
[0562]
附图标记列表
[0563]
1：光接收元件
[0564]
10：像素
[0565]
21：像素阵列部
[0566]
41：半导体基板
[0567]
44：边界部(像素边界部)
[0568]
47：芯片上透镜(on-chip lens)
[0569]
61：像素间沟槽部
[0570]
62：层间绝缘膜
[0571]
63：遮光构件
[0572]
111：蛾眼结构部
[0573]
112：像素内沟槽部
[0574]
121：像素间沟槽部
[0575]
141：像素内沟槽部
[0576]
161：芯片上透镜
[0577]
351：扩散膜
[0578]
419：扩散膜
[0579]
451：扩散膜
[0580]
500：测距模块
[0581]
513：光接收部
[0582]
811：扩散膜