光接收元件和电子设备
阅读说明：本技术 光接收元件和电子设备 (Light receiving element and electronic device ) 是由 渡辺竜太 于 2019-03-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种光接收元件(201),其包括：片上透镜(62)；布线层(91)；以及半导体层(61)。所述半导体层设置在所述片上透镜和所述布线层之间。所述半导体层包括：第一电压施加单元(73-1),其上被施加第一电压；第二电压施加单元(73-2),其上被施加不同于所述第一电压的第二电压；第一电荷检测单元(71-1),其设置在所述第一电压施加单元附近；和第二电荷检测单元(71-2),其设置在所述第二电压施加单元附近。而且,所述布线层(91)包括反射抑制结构(211),所述反射抑制结构抑制与所述第一电荷检测单元(71-1)和所述第二电荷检测单元(71-2)对应的平面区域中的光反射。(The present invention provides a light receiving element (201) comprising: an on-chip lens (62); a wiring layer (91); and a semiconductor layer (61). The semiconductor layer is disposed between the on-chip lens and the wiring layer. The semiconductor layer includes: a first voltage applying unit (73-1) to which a first voltage is applied; a second voltage applying unit (73-2) to which a second voltage different from the first voltage is applied; a first charge detection unit (71-1) disposed in the vicinity of the first voltage application unit; and a second charge detection unit (71-2) disposed in the vicinity of the second voltage application unit. Further, the wiring layer (91) includes a reflection suppressing structure (211) that suppresses light reflection in a planar region corresponding to the first charge detecting unit (71-1) and the second charge detecting unit (71-2).)
技术领域
本技术涉及光接收元件和电子设备，更具体地，涉及能够改善特性的光接收元件和电子设备。
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年3月16日提交的日本优先权专利申请JP 2018-049696的权益，因此将其全部内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
在相关技术中，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，如下的传感器是必不可少的：该传感器能够分配通过接收光而获得的信号电荷，所述光是由于使用LED(发光二极管：light emitting diode)或激光器照射出的有源光在从目标物体到另一区域的某一相位下高速地反射而产生的。
因此，例如，已经提出了一种如下的技术：其中，将电压直接施加到传感器的基板以在基板中产生电流，使得基板中的宽区域能够被高速地调制(例如，参考专利文献1)。这样的传感器也被称为CAPD(电流辅助光子解调器：current assisted photonicdemodulator)传感器。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本专利申请特开JP 2011-86904A
发明内容
要解决的技术问题
上述的CAPD传感器是这样的表面照射型传感器：其中，布线等被设置在来自基板外部的光被接收到的一侧的表面上。为了确保光电转换区域，较佳的是，在光电转换单元的光接收表面侧不存在会遮挡入射光的光路的光电二极管(PD：photodiode)(即，布线等)。然而，在表面照射型CAPD传感器中，由于结构，需要在PD的光接收表面侧设置用于提取电荷的布线、各种控制线、或信号线，因此光电转换区域受到了限制。也就是说，不能确保足够的光电转换区域，并且诸如像素灵敏度等特性在某些情况下可能会降低。
本发明期望能够改善特性。
解决技术问题的技术方案
本技术的第一实施例的光接收元件包括：片上透镜(on-chip lens)；布线层；以及半导体层，其设置在所述片上透镜和所述布线层之间。所述半导体层包括：第一电压施加单元，其上被施加第一电压；第二电压施加单元，其上被施加不同于所述第一电压的第二电压；第一电荷检测单元，其设置在所述第一电压施加单元附近；和第二电荷检测单元，其设置在所述第二电压施加单元附近。而且，所述布线层包括反射抑制结构，所述反射抑制结构抑制与所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元对应的平面区域中的光反射。
本技术的第二实施例的电子设备包括光接收元件，所述光接收元件包括：片上透镜；布线层；以及半导体层，其设置在所述片上透镜和所述布线层之间。所述半导体层包括：第一电压施加单元，其上被施加第一电压；第二电压施加单元，其上被施加不同于所述第一电压的第二电压；第一电荷检测单元，其设置在所述第一电压施加单元附近；和第二电荷检测单元，其设置在所述第二电压施加单元附近。而且，所述布线层包括反射抑制结构，所述反射抑制结构抑制与所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元对应的平面区域中的光反射。
在本技术的第一实施例和第二实施例中，设置有片上透镜、布线层、以及被设置在所述片上透镜和所述布线层之间的半导体层。在所述半导体层中设置有：被施加第一电压的第一电压施加单元；被施加不同于所述第一电压的第二电压的第二电压施加单元；被设置在所述第一电压施加单元附近的第一电荷检测单元、以及被设置在所述第二电压施加单元附近的第二电荷检测单元。在所述布线层中设置有用于抑制与所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元对应的平面区域中的光反射的反射抑制结构。
所述光接收元件和所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。
本发明的有益效果
根据本技术的第一实施例和第二实施例，能够改善特性。
需要注意，这里说明的效果不一定是限制性的，并且本发明中描述的任何效果都可以适用。
附图说明
图1是图示了光接收元件的构造示例的框图。
图2是图1的光接收元件的像素的截面图。
图3是图示了信号提取单元的平面形状的示例的平面图。
图4是像素的等效电路。
图5是用于说明图1的光接收元件的效果的图。
图6是用于说明图1的光接收元件的效果的图。
图7是用于说明图1的光接收元件的效果的图。
图8是用于说明图1的光接收元件的效果的图。
图9是用于说明图1的光接收元件的效果的图。
图10是图1的光接收元件的多个像素的截面图。
图11是图1的光接收元件的多个像素的截面图。
图12是多层布线层中的金属膜的平面图。
图13是图示了本技术适用的像素的第一实施例的像素结构的截面图。
图14是用于说明该第一实施例的像素结构的效果的图。
图15是图示了本技术适用的像素的第二实施例的像素结构的截面图。
图16是图示了本技术适用的像素的第三实施例的像素结构的截面图。
图17是图示了本技术适用的像素的第四实施例的像素结构的截面图。
图18是图示了第四实施例的变形例的截面图。
图19是图示了本技术适用的像素的第五实施例的像素结构的截面图。
图20是用于说明该第五实施例的像素结构的效果的图。
图21是图示了本技术适用的像素的第六实施例的像素结构的截面图。
图22是用于说明该第六实施例的像素结构的效果的图。
图23是图示了本技术适用的像素的第七实施例的像素结构的截面图。
图24是用于说明该第七实施例的像素结构的效果的图。
图25是图示了本技术适用的像素的第八实施例的像素结构的截面图。
图26是图示了本技术适用的像素的第九实施例的像素结构的截面图。
图27是图示了该第九实施例的变形例的截面图。
图28是图示了测距模块的构造示例的框图。
图29是示出了内窥镜手术系统的示意性构造的示例的视图。
图30是示出了摄像头(camera head)和相机控制单元(CCU：camera controlunit)的功能构造的示例的框图。
图31是示出了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图32是用于协助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将会说明用于实施本技术的实施方式(在下文中，称为实施例)。需要注意，将按以下顺序进行说明。
1.光接收元件的基本构造的示例
2.增强基本像素结构的必要性
3.像素的第一实施例
4.像素的第二实施例
5.像素的第三实施例
6.像素的第四实施例
7.像素的第五实施例
8.像素的第六实施例
9.像素的第七实施例
10.像素的第八实施例
11.像素的第九实施例
12.总结
13.测距模块的构造示例
14.内窥镜手术系统的应用示例
15.移动体的应用示例
<1.光接收元件的基本构造的示例>
本技术涉及起到后表面照射型CAPD传感器作用的光接收元件，并且作为本技术适用的实施例的光接收元件的前提，首先将会说明光接收元件的基本结构。
<框图>
图1是图示了光接收元件的构造示例的框图。
图1所示的光接收元件1是起到后表面照射型CAPD传感器作用的元件，并且例如，光接收元件1被用作通过间接ToF方法执行距离测量的测距系统的一部分。例如，该测距系统能够被应用到车载系统和姿态识别系统等等，该车载系统安装在车辆上并且测量与车辆外部的目标物体相距的距离，该姿态识别系统测量与诸如用户的手等目标物体相距的距离并且基于测量结果来识别用户的姿态。
光接收元件1具有形成在半导体基板(未示出)上的像素阵列单元21以及与像素阵列单元21集成在该同一半导体基板上的周边电路单元。周边电路单元包括例如垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24、和系统控制单元25等。
光接收元件1还设置有信号处理单元26和数据存储单元27。需要注意，在该摄像装置中，信号处理单元26和数据存储单元27可以与光接收元件1安装在同一基板上，或者可以设置在与光接收元件1分开的基板上。
像素阵列单元21具有如下的构造：其中，像素在行方向和列方向上二维地布置着，即，以矩阵形状布置着，并且各像素产生与所接收到的光量对应的电荷并输出与该电荷对应的信号。也就是说，像素阵列单元21具有多个对入射光执行光电转换并把与作为结果而获得的电荷对应的信号输出的像素。
这里，行方向指的是像素行中的像素的排列方向(即，水平方向)，并且列方向指的是像素列中的像素的排列方向(即，垂直方向)。即，行方向是图中的水平方向，并且列方向是图中的垂直方向。
在像素阵列单元21中，对于矩阵形状的像素阵列，针对每个像素行，一条像素驱动线28沿着行方向布线着，并且针对每个像素列，两条垂直信号线29沿着列方向布线着。例如，像素驱动线28传输当从像素读取信号时用于驱动的驱动信号。需要注意，尽管图1示出了用于像素驱动线28的一条配线，但是像素驱动线28不限于一条。像素驱动线28的一端连接到垂直驱动单元22的与每行对应的输出端。
垂直驱动单元22包括移位寄存器或地址解码器等。垂直驱动单元22对像素阵列单元21的所有像素中的各像素同时进行驱动或以行为单位等方式进行驱动。也就是说，垂直驱动单元22包括跟用于控制垂直驱动单元22的系统控制单元25一起对像素阵列单元21的各个像素的操作进行控制的驱动单元。
需要注意，在使用间接ToF方法的距离测量中，连接到一条控制线并且被高速驱动的元件(CAPD元件)的数量会影响高速驱动的可控性和驱动的准确度。用于间接ToF方法的距离测量的光接收元件可以包括在水平方向上伸长的像素阵列。因此，在这种情况下，关于被高速驱动的元件的控制线，可以使用垂直信号线29或在垂直方向上伸长的另一控制线。在这种情况下，例如，在垂直方向上排列的多个像素连接到垂直信号线29或在垂直方向上伸长的所述另一控制线，并且通过这样的垂直信号线29或所述另一控制线，由与垂直驱动单元22分开设置着的驱动单元或水平驱动单元24等对像素进行驱动，即，对CAPD传感器进行驱动。
响应于垂直驱动单元22的驱动控制而从像素行的各像素输出的信号通过垂直信号线29被输入到列处理单元23。列处理单元23对通过垂直信号线29从各像素输出的信号执行预定的信号处理并且临时保持经过信号处理后的像素信号。具体地，作为上述信号处理，列处理单元23执行噪声消除处理和模数(AD：analog to digital)转换处理等。
水平驱动单元24包括移位寄存器或地址解码器等，并顺序地选择列处理单元23的与像素列对应的单位电路。通过水平驱动单元24的选择性扫描，列处理单元23顺序地输出各个单位电路的通过信号处理而获得的像素信号。
系统控制单元25包括时序发生器或类似器件，该时序发生器生成各种时序信号并基于生成的各种时序信号对垂直驱动单元22、列处理单元23和水平驱动单元24等执行驱动控制。
信号处理单元26至少具有计算处理功能，并且基于从列处理单元23输出的像素信号执行诸如计算处理等各种信号处理。数据存储单元27临时存储着信号处理单元26中的信号处理所必需的数据。
光接收元件1能够如上所述地被构造出来。
<像素的截面构造示例>
接着，将会说明设置在像素阵列单元21中的像素的构造示例。例如，设置在像素阵列单元21中的像素被构造为如图2所示。
图2图示了设置在像素阵列单元21中的一个像素51的截面图。像素51接收从外部入射的光，特别是红外光，并且像素51对入射光执行光电转换并输出与作为结果而获得的电荷对应的信号。
例如，像素51具有半导体基板61和形成在半导体基板61上的片上透镜62，半导体基板61包括P型半导体层，即，例如硅基板。
例如，将半导体基板61的在图中的垂直方向上的厚度，即，在与半导体基板61的表面垂直的方向上的厚度，设定为20μm以下。需要注意，半导体基板61的厚度当然可以是20μm以上，并且只要半导体基板61的厚度是根据光接收元件1的目标特性等予以确定的，那么这就足够了。
此外，半导体基板61是P-Epi基板等，该P-Epi基板具有高电阻，例如具有1E+13cm3以下的基板浓度，并且该半导体基板61的电阻(电阻率)被设定为例如500Ωcm以上。
这里，半导体基板61的基板浓度与电阻之间的关系例如是：当基板浓度为6.48E+12cm3时，电阻为2000Ωcm；当基板浓度为1.30E+13cm3时，电阻为1000Ωcm；当基板浓度为2.59E+13cm3时，电阻为500Ωcm；当基板浓度为1.30E+14cm3时，电阻为100Ωcm，等等。
片上透镜62形成在半导体基板61的图中的上表面上，即，形成在半导体基板61的有光从外部入射的一侧的表面(在下文中，也称为光入射表面)上，该片上透镜62使从外部入射的光会聚并致使该光进入半导体基板61的内部。
此外，在半导体基板61的光入射表面上，在像素51的边界部分处形成有用于防止相邻像素之间的混色的像素间遮光膜63。像素间遮光膜63防止入射在像素51上的光入射到与该像素51相邻设置着的另一像素51上。
在半导体基板61的与光入射表面相反的表面侧上，即，在图中的下侧表面的内侧的一部分中，形成有被称为抽头(tap)的信号提取单元65-1和信号提取单元65-2。
信号提取单元65-1具有作为N型半导体区域的N+半导体区域71-1和N-导体区域72-1、以及作为P型半导体区域的P+半导体区域73-1和P-半导体区域74-1，其中N-导体区域72-1的施主杂质浓度低于N+半导体区域71-1的施主杂质浓度，并且其中P-半导体区域74-1的受主杂质浓度低于P+半导体区域73-1的受主杂质浓度。这里，关于Si的施主杂质的示例可以包括元素周期表中属于第5族的元素，例如磷(P)或砷(As)，并且关于Si的受主杂质的示例可以包括元素周期表中属于第3族的元素，例如硼(B)。将充当施主杂质的元素称为施主元素，并且将充当受主杂质的元素称为受主元素。
N-半导体区域72-1形成在N+半导体区域71-1的上侧上，且覆盖(包围)N+半导体区域71-1。类似地，P-半导体区域74-1形成在P+半导体区域73-1的上侧上，且覆盖(围绕)P+半导体区域73-1。
在平面图中，如稍后将参照图3所述，N+半导体区域71-1形成为以P+半导体区域73-1作为中心地包围着P+半导体区域73-1的周边。类似地，形成在N+半导体区域71-1的上侧上的N-半导体区域72-1也形成为以P-半导体区域74-1作为中心地包围着P-半导体区域74-1的周边。
类似地，信号提取单元65-2具有作为N型半导体区域的N+半导体区域71-2和N-半导体区域72-2、以及作为P型半导体区域的P+半导体区域73-2和P-半导体区域74-2，其中N-半导体区域72-2的施主杂质浓度低于N+半导体区域71-2的施主杂质浓度，并且其中P-半导体区域74-2的受主杂质浓度低于P+半导体区域73-2的受主杂质浓度。
N-半导体区域72-2形成在N+半导体区域71-2的上侧上，且覆盖(包围)N+半导体区域71-2。类似地，P-半导体区域74-2形成在P+半导体区域73-2的上侧上，且覆盖(包围)P+半导体区域73-2。
在平面图中，如稍后将参照图3所述，N+半导体区域71-2形成为以P+半导体区域73-2作为中心地包围着P+半导体区域73-2的周边。类似地，形成在N+半导体区域71-2的上侧上的N-半导体区域72-2也形成为以P-半导体区域74-2作为中心地包围着P-半导体区域74-2的周边。
在下文中，在不必特别地区分信号提取单元65-1和信号提取单元65-2的情况下，也将信号提取单元65-1和信号提取单元65-2简称为信号提取单元65。
此外，在下文中，在不必特别地区分N+半导体区域71-1和N+半导体区域71-2的情况下，也将N+半导体区域71-1和N+半导体区域71-2简称为N+半导体区域71，并且在不必特别地区分N-半导体区域72-1和N-半导体区域72-2的情况下，也将N-半导体区域72-1和N-半导体区域72-2简称为N-半导体区域72。
此外，在下文中，在不必特别地区分P+半导体区域73-1和P+半导体区域73-2的情况下，也将P+半导体区域73-1和P+半导体区域73-2简称为P+半导体区域73，并且在不必特别地区分P-半导体区域74-1和P-半导体区域74-2的情况下，也将P-半导体区域74-1和P-半导体区域74-2简称为P-半导体区域74。
在半导体基板61的光入射表面侧的界面上，形成有通过堆叠具有正固定电荷的膜而覆盖整个光入射表面的P+半导体区域75。
另一方面，在半导体基板61的与针对各个像素形成有片上透镜62的光入射表面侧相反的一侧上，形成有多层布线层91。换句话说，作为半导体层的半导体基板61设置在片上透镜62和多层布线层91之间。多层布线层91包括五层金属膜M1至M5以及这些金属膜之间的层间绝缘膜92。需要注意，在多层布线层91的五层金属膜M1至M5之中，尽管因为最外面的金属膜M5位于看不到的位置处所以导致图2没有示出最外面的金属膜M5，但是稍后说明的图11中示出了最外面的金属膜M5。
多层布线层91的五层金属膜M1至M5之中的最靠近半导体基板61的金属膜M1设置有电压施加布线93和反射构件94，电压施加布线93用于将预定电压施加到P+半导体区域73-1或73-2，反射构件94是反射入射光的构件。
因此，图1的光接收元件1是这样的后表面照射型CAPD传感器：其中，半导体基板61的光入射表面是位于与多层布线层91侧相反的一侧处的所谓后表面。
设置在半导体基板61上的N+半导体区域71用作电荷检测单元，该电荷检测单元用于检测从外部入射在像素51上的光的光量，即，通过半导体基板61的光电转换而产生的信号载流子的量。需要注意，除了N+半导体区域71用作电荷检测单元之外，具有低施主杂质浓度的N-半导体区域72也能够被视为电荷检测单元。
此外，P+半导体区域73用作电压施加单元，该电压施加单元用于将多数载流子电流注入到半导体基板61中，即，将电压直接施加到半导体基板61，以在半导体基板61中产生电场。需要注意，除了P+半导体区域73用作电压施加单元之外，具有低受主杂质浓度的P-半导体区域74也能够被视为电压施加单元。
图3是图示了像素51中的信号提取单元65的平面形状的示例的平面图。
在平面图中，信号提取单元65包括作为电压施加单元的P+半导体区域73和作为电荷检测单元的N+半导体区域71，其中P+半导体区域73设置在中心，并且N+半导体区域71被设置成包围P+半导体区域73的周边。需要注意，尽管在图3中N+半导体区域71和P+半导体区域73的外形是八边形形状，但是可以使用其他平面形状，例如正方形形状、矩形形状或圆形形状。
此外，在像素51中，信号提取单元65-1和65-2设置在关于像素中心对称的对称位置处。
图3中所示的线A-A'示出了图2和稍后说明的图10的截面剖切线，并且线B-B'示出了稍后说明的图11的截面剖切线。
<像素的等效电路构造的示例>
图4图示了像素51的等效电路。
针对包括N+半导体区域71-1和P+半导体区域73-1等的信号提取单元65-1，像素51包括传输晶体管101A、FD 102A、附加电容器103A、开关晶体管104A、复位晶体管105A、放大晶体管106A和选择晶体管107A。
此外，针对包括N+半导体区域71-2和P+半导体区域73-2等的信号提取单元65-2，像素51包括传输晶体管101B、FD 102B、附加电容器103B、开关晶体管104B、复位晶体管105B、放大晶体管106B和选择晶体管107B。
垂直驱动单元22将预定电压MIX0(第一电压)施加到P+半导体区域73-1，并将预定电压MIX1(第二电压)施加到P+半导体区域73-2。例如，电压MIX0和MIX1中的一者是1.5V，且另一者是0V。P+半导体区域73-1和73-2是被施加第一电压或第二电压的电压施加部分。
N+半导体区域71-1和71-2是检测并累积通过入射在半导体基板61上的光的光电转换而产生的电荷的电荷检测单元。
在供应给栅极电极的驱动信号TRG的状态变为有效(active)状态的情况下，响应于驱动信号TRG，传输晶体管101A的状态变为导通状态，因此在N+半导体区域71-1中累积的电荷被传输到FD 102A。在供应给栅极电极的驱动信号TRG的状态变为有效状态的情况下，响应于驱动信号TRG，传输晶体管101B的状态变为导通状态，因此在N+半导体区域71-2中累积的电荷被传输到FD 102B。
FD 102A临时保持从N+半导体区域71-1供应过来的电荷。FD 102B临时保持从N+半导体区域71-2供应过来的电荷。
在供应给栅极电极的驱动信号FDG的状态变为有效状态的情况下，响应于驱动信号FDG，开关晶体管104A的状态变为导通状态，因此附加电容器103A连接到FD 102A。在供应给栅极电极的驱动信号FDG的状态变为有效状态的情况下，响应于驱动信号FDG，开关晶体管104B的状态变为导通状态，因此附加电容器103B连接到FD 102B。
例如，在入射光的光量大的高照度时刻，垂直驱动单元22致使开关晶体管104A和104B处于有效状态，以将附加电容器103A和FD 102A彼此连接并且将附加电容器103B和FD102B彼此连接。因此，在高照度时刻，能够累积更多的电荷。
另一方面，在入射光的光量小的低照度时刻，垂直驱动单元22致使开关晶体管104A和104B处于无效(inactive)状态，从而使附加电容器103A和103B分别与FD 102A和FD102B分离。
在供应给栅极电极的驱动信号RST的状态变为有效状态的情况下，响应于驱动信号RST，复位晶体管105A的状态变为导通状态，因此FD102A的电位被复位到预定电平(复位电压VDD)。在供应给栅极电极的驱动信号RST的状态变为有效状态的情况下，响应于驱动信号RST，复位晶体管105B的状态变为导通状态，因此FD 102B的电位被复位到预定电平(复位电压VDD)。需要注意，当复位晶体管105A和105B的状态变为有效状态时，传输晶体管101A和101B的状态也同时变为有效状态。
放大晶体管106A的源极电极通过选择晶体管107A连接到垂直信号线29A，因此放大晶体管106A构成与垂直信号线29A的一端连接的恒流源电路部108A的负载MOS和源极跟随器电路。放大晶体管106B的源极电极通过选择晶体管107B连接到垂直信号线29B，因此放大晶体管106B构成与垂直信号线29B的一端连接的恒流源电路部108B的负载MOS和源极跟随器电路。
选择晶体管107A连接在放大晶体管106A的源极电极和垂直信号线29A之间。在供应给栅极电极的选择信号SEL的状态变为有效状态的情况下，响应于选择信号SEL，选择晶体管107A的状态变为导通状态，因此从放大晶体管106A输出的像素信号被输出到垂直信号线29A。
选择晶体管107B连接在放大晶体管106B的源极电极和垂直信号线29B之间。在供应给栅极电极的选择信号SEL的状态变为有效状态的情况下，响应于选择信号SEL，选择晶体管107B的状态变为导通状态，因此从放大晶体管106B输出的像素信号被输出到垂直信号线29B。
例如，像素51的传输晶体管101A和101B、复位晶体管105A和105B、放大晶体管106A和106B、以及选择晶体管107A和107B由垂直驱动单元22控制。
在图4所示的等效电路中，可以省略附加电容器103A和103B以及对附加电容器103A和103B的连接进行控制的开关晶体管104A和104B，然而，可以通过设置有附加电容器103并且根据入射光的光量选择性地使用附加电容器103来确保高的动态范围。
<像素的电荷检测操作>
再次参照图2，将会说明像素51的检测操作。
例如，在试图通过间接ToF方法来测量与物体相距的距离的情况下，从设置有光接收元件1的摄像装置朝着该物体发射红外光。此外，在该红外光被该物体反射并且作为反射光返回到摄像装置的情况下，光接收元件1接收入射到该光接收元件1上的反射光(红外光)并进行光电转换。
此时，垂直驱动单元22驱动像素51，以将通过光电转换获得的电荷分配给与作为一个电荷检测单元(第一电荷检测单元)的N+半导体区域71-1连接的FD 102A以及与作为另一电荷检测单元(第二电荷检测单元)的N+半导体区域71-2连接的FD 102B。
更具体地，在某一时机，垂直驱动单元22通过电压施加布线93等将预定电压施加到两个P+半导体区域73。例如，垂直驱动单元22将1.5V的电压施加到P+半导体区域73-1，并将0V的电压施加到P+半导体区域73-2。
然后，在半导体基板61中的这两个P+半导体区域73之间产生电场，并且电流从P+半导体区域73-1流向P+半导体区域73-2。在这种情况下，半导体基板61中的空穴朝着P+半导体区域73-2移动，并且电子朝着P+半导体区域73-1移动。
因此，在这种状态下，在来自外部的红外光(反射光)通过片上透镜62进入半导体基板61的内部并且对半导体基板61中的红外光进行光电转换以将该红外光转换为电子和空穴对的情况下，所获得的电子被P+半导体区域73之间的电场引导向P+半导体区域73-1，并且移动到N+半导体区域71-1。
在这种情况下，由光电转换产生的电子被用作信号载流子，其用于检测与入射在像素51上的红外光的量(即红外光的接收光量)对应的信号。
因此，在N+半导体区域71-1中，检测到与已经移动到N+半导体区域71-1的电子对应的电荷并将该电荷累积在FD 102A中。在开关晶体管104A处于有效状态的情况下，该电荷也累积在附加电容器103A中。在像素51被选择了的情况下，对应于该电荷的信号通过垂直信号线29A等被输出到列处理单元23。
此外，针对所读取的信号，在列处理单元23中实施诸如AD转换处理等处理，并且将作为结果获得的像素信号供应给信号处理单元26。该像素信号是表示在N+半导体区域71-1中检测到的电荷量的信号，换句话说，是表示由像素51接收到的红外光的光量的信号。
需要注意，此时，类似于N+半导体区域71-1的情况，与在N+半导体区域71-2中检测到的电荷对应的像素信号也可以视情况被用于距离测量。
此外，在下一个时机，通过垂直驱动单元22将电压施加到两个P+半导体区域73，使得产生了在方向上与该时间点之前的在半导体基板61中产生的电场的方向相反的电场。具体地，例如，将0V的电压施加到P+半导体区域73-1，并且将1.5V的电压施加到P+半导体区域73-2。
因此，在半导体基板61中的两个P+半导体区域73之间产生了电场，并且电流从P+半导体区域73-2流向P+半导体区域73-1。
在这种状态下，在来自外部的红外光(反射光)通过片上透镜62进入半导体基板61的内部并且对半导体基板61中的红外光进行光电转换以将该红外光转换成电子和空穴对的情况下，所获得的电子被P+半导体区域73之间的电场引导向P+半导体区域73-2的方向，并且移动到N+半导体区域71-2。
因此，在N+半导体区域71-2中，检测到与已经移动到N+半导体区域71-2的电子对应的电荷并将该电荷累积在FD 102B中。在开关晶体管104B处于有效状态的情况下，该电荷也累积在附加电容器103B中。在像素51被选择了的情况下，对应于该电荷的信号通过垂直信号线29B等被输出到列处理单元23。
此外，针对所读取的信号，在列处理单元23中实施诸如AD转换处理等处理，并且将作为结果获得的像素信号供应给信号处理单元26。该像素信号是表示在N+半导体区域71-2中检测到的电荷量的信号，换句话说，是表示由像素51接收到的红外光的光量的信号。
需要注意，此时，类似于N+半导体区域71-2的情况，与在N+半导体区域71-1中检测到的电子对应的像素信号也能够视情况被用于距离测量。
如上所述，在获得了同一像素51中的通过相互不同的时段的光电转换而获得的像素信号的情况下，信号处理单元26基于这些像素信号计算出表示到物体的距离的距离信息，并将该距离信息输出到后续阶段。
如上所述的将信号载流子分配给相互不同的N+半导体区域71并且基于与信号载流子对应的信号来计算距离信息的方法被称为间接ToF方法。
这里，在其中要执行与通过光电转换获得的电荷(电子)对应的信号的读取的信号提取单元65(即在其中要对通过光电转换获得的电荷进行检测的信号提取单元65)将会被称为有效抽头(active tap)。
相反，基本上说，在其中不会执行与通过光电转换获得的电荷对应的信号的读取的信号提取单元65(即，不是有效抽头的信号提取单元65)将会被称为无效抽头(inactivetap)。
在上面的示例中，在其中将1.5V的电压施加到P+半导体区域73的信号提取单元65是有效抽头，并且在其中将0V的电压施加到P+半导体区域73的信号提取单元65是无效抽头。
在CAPD传感器中，存在着被称为有效抽头和无效抽头之间的对比度的值(Cmod)，该值是距离测量精度的指标。Cmod由以下数学式(1)计算出来。在数学式(1)中，I0是在两个电荷检测单元(P+半导体区域73)中的一者中检测到的信号，并且I1是在另一者中检测到的信号。
Cmod＝{|I0-I1|/(I0+I1)}×100…(1)
Cmod表示：在由入射的红外光的光电转换产生的电荷之中，多少百分比的电荷能够在作为有效抽头的信号提取单元65的N+半导体区域71中被检出，即，它是表示是否能够提取出与电荷对应的信号的指标，并且Cmod表示电荷分离效率。
例如，在从外部入射的红外光入射到无效抽头的区域上并且在该无效抽头中执行光电转换的情况下，由光电转换产生的作为信号载流子的电子很可能将会移动到该无效抽头中的N+半导体区域71。因此，在有效抽头的N+半导体区域71中未检测到通过光电转换获得的电子之中的一部分电子的电荷，并且Cmod(即电荷分离效率)降低了。
因此，在像素51中，红外光被会聚到像素51的位于与两个信号提取单元65相距的距离基本相同的位置处的中心部分附近，使得在无效抽头的区域中对从外部入射的红外光执行光电转换的可能性降低。因此，提高了电荷分离效率。此外，在像素51中，还能够改善调制对比度(modulation contrast)。换句话说，能够容易地将通过光电转换获得的电子引导到有效抽头中的N+半导体区域71。
<光接收元件1的效果>
根据上述的光接收元件1，能够获得以下效果。
即，首先，由于光接收元件1是后表面照射型，因此能够使量子效率(QE)×孔径比(填充因子(FF：fill factor))最大化，并且通过光接收元件1能够改善距离测量特性。
例如，如图5的箭头W11所示，普通的表面照射型图像传感器(CIS)具有如下的结构：其中，布线112或布线113形成在光入射表面侧(来自作为光电转换单元的PD 111的外部的光入射到该光入射表面侧)。
因此，例如，如箭头A21或箭头A22所示，以一定角度朝着PD 111倾斜地入射的一些光可能被布线112或布线113遮挡，因此可能不会入射到PD 111上。
另一方面，例如，如箭头W12所示，后表面照射型图像传感器(CIS)具有如下的结构：其中，布线115或布线116形成在与光入射表面侧(来自作为光电转换单元的PD 114的外部的光入射到该光入射表面侧)相反的一侧的上表面上。
因此，与前表面照射型的情况相比，能够确保足够的孔径比。即，例如，如箭头A23或箭头A24所示，以一定角度朝着PD 114倾斜地入射的光会入射到PD 114上而不会被布线遮挡。因此，通过接收更多的光，能够提高像素的灵敏度。
通过这种后表面照射型获得的提高了像素灵敏度的效果也能够在作为后表面照射型CAPD传感器的光接收元件1中获得。
此外，例如，在前表面照射型CAPD传感器中，如箭头W13所示，称为抽头的信号提取单元122(更具体地，该抽头的P+半导体区域或N+半导体区域)被形成在作为光电转换单元的PD 121的内部的光入射表面侧(来自外部的光入射到该光入射表面侧)。此外，前表面照射型CAPD传感器具有如下的结构：其中，布线123或者诸如与信号提取单元122连接的接头和金属等布线124形成在光入射表面侧。
因此，例如，如箭头A25或箭头A26所示，以一定角度朝着PD 121倾斜地入射的一些光可能被布线123等遮挡，因此可能不会入射到PD 121上。此外，如箭头A27所示，垂直于PD121进行入射的光也可能被布线124遮挡，并且可能不会入射到PD 121上。
另一方面，例如，如箭头W14所示，后表面照射型CAPD传感器具有如下的结构：其中，信号提取单元126形成在与光入射表面(来自作为光电转换单元的PD 125的外部的光入射到该光入射表面上)相反的一侧的部分中。此外，布线127或者诸如与信号提取单元126连接的接头和金属等布线128形成在PD 125的与光入射表面相反的一侧的上表面上。
这里，PD 125对应于图2所示的半导体基板61，并且信号提取单元126对应于图2所示的信号提取单元65。
在这种结构的后表面照射型CAPD传感器中，与前表面照射型的情况相比，能够确保足够的孔径比。因此，能够使量子效率(QE)×孔径比(FF)最大化，并且能够改善距离测量特性。
即，例如，如箭头A28或箭头A29所示，以一定角度朝着PD 125倾斜地入射的光会入射到PD 125上而不会被布线遮挡。类似地，如箭头A30所示，垂直于PD 125进行入射的光也入射到PD 125上而不会被布线等遮挡。
如上所述，在后表面照射型CAPD传感器中，除了可以接收到以一定角度入射的光和垂直于PD 125入射的光之外，也可以接收到在前表面照射型中被与信号提取单元(抽头)连接的布线等反射的光。因此，通过接收到更多的光，能够提高像素的灵敏度。换句话说，能够使量子效率(QE)×孔径比(FF)最大化，结果，能够改善距离测量特性。
特别地，在抽头设置在像素中心附近而不是像素外边缘的情况下，在前表面照射型CAPD传感器中，难以确保足够的孔径比，并且像素的灵敏度降低了。然而，在作为后表面照射型CAPD传感器的光接收元件1中，无论抽头的布置位置如何，都能够确保足够的孔径比，并且能够提高像素的灵敏度。
此外，在后表面照射型光接收元件1中，由于信号提取单元形成在半导体基板61中的与光入射表面(来自外部的红外光入射在该光入射表面上)相反的一侧的表面附近，因此可以减少在无效抽头的区域中发生的对红外光的光电转换。因此，能够提高Cmod，即能够提高电荷分离效率。
图6图示了前表面照射型和后表面照射型CAPD传感器的像素的截面图。
在图6左侧的前表面照射型CAPD传感器中，在该图中，半导体基板141的上侧是光入射表面，并且在半导体基板141的光入射表面侧上堆叠着包括多层布线的布线层152、像素间遮光部153和片上透镜154。
在图6右侧的后表面照射型CAPD传感器中，在该图中，包括多层布线的布线层152形成在半导体基板142的作为与光入射表面相反的一侧的下侧上，像素间遮光部153和片上透镜154堆叠在半导体基板142的作为光入射表面侧的上侧上。
需要注意，在图6中，灰色梯形形状示出了通过片上透镜154会聚红外光而产生的光强度强的区域。
例如，在前表面照射型CAPD传感器中，存在着如下的区域R11：其中，无效抽头和有效抽头存在于半导体基板141的光入射表面侧。因此，在许多分量直接入射在无效抽头上并且在无效抽头的区域中执行光电转换的情况下，在有效抽头的N+半导体区域中未检测到由该光电转换获得的信号载流子。
在前表面照射型CAPD传感器中，由于在半导体基板141的光入射表面附近的区域R11中红外光的强度强，因此在区域R11中执行红外光的光电转换的概率增大了。即，由于入射在无效抽头附近的红外光的光量大，因此有效抽头不能检测到的信号载流子的数量增加，并且电荷分离效率降低。
另一方面，在后表面照射型CAPD传感器中，存在着如下的区域R12：其中，无效抽头和有效抽头存在于半导体基板142的远离光入射表面的位置处，即，与光入射表面侧相反的一侧的表面附近的位置处。半导体基板142对应于图2所示的半导体基板61。
在该示例中，由于区域R12存在于半导体基板142的与光入射表面侧相反的表面的一部分中并且区域R12存在于远离光入射表面的位置处，因此在区域R12附近，入射的红外光的强度变得相对较弱。
通过在红外光强度强的区域中(例如，在半导体基板142的中心附近或在入射表面附近)进行光电转换而获得的信号载流子被半导体基板142中产生的电场引导到有效抽头，并且在有效抽头的N+半导体区域中检测到该信号载流子。
另一方面，由于入射的红外光的强度在包括无效抽头的区域R12附近相对较弱，因此在区域R12中执行红外光的光电转换的概率低。即，入射在无效抽头附近的红外光的光量小，在无效抽头附近通过光电转换产生的并移动到无效抽头的N+半导体区域的信号载流子(电子)的数量减少了，并且能够提高电荷分离效率。结果，能够增强距离测量特性。
此外，在后表面照射型光接收元件1中，由于可以实现半导体基板61的薄化(thinning)，因此可以提高作为信号载流子的电子(电荷)的提取效率。
例如，在前表面照射型CAPD传感器中，由于不能充分确保孔径比，因此如图7的箭头W31所示，为了确保更高的量子效率并抑制量子效率×孔径比的降低，期望基板171厚至一定的程度。
因此，电位的斜率在基板171中的与光入射表面相反的表面附近的区域中(例如在图7的区域R21中)变得平缓，并且在基本垂直于基板171的方向上的电场变弱。在这种情况下，由于信号载流子的移动速度被延迟了，所以从执行光电转换到在有效抽头的N+半导体区域中检测到信号载流子所需的时间变长。需要注意，在图7中，基板171中的箭头示出了基板171中的在垂直于基板171的方向上的电场。
此外，在基板171厚的情况下，信号载流子从基板171中的远离有效抽头的位置到有效抽头中的N+半导体区域的移动距离变长。因此，在远离有效抽头的位置处，从执行光电转换到在有效抽头的N+半导体区域中检测到信号载流子所需的时间变得更长。
图8图示了在基板171的厚度方向上的位置和信号载流子的移动速度之间的关系。区域R21对应于扩散电流区域。
如上所述，在基板171变厚的情况下，例如，当驱动频率高时，即，当高速地执行抽头(信号提取单元)的有效和无效之间的切换时，难以将在远离有效抽头的位置(例如区域R21)处产生的电子完全吸引到有效抽头的N+半导体区域中。即，在抽头处于有效状态的时间期间短的情况下，在有效抽头的N+半导体区域中可能无法检测到在区域R21等中产生的电子(电荷)，并且电子的提取效率降低了。
另一方面，在后表面照射型CAPD传感器中，由于可以确保足够的孔径比，所以例如如图7的箭头W32所示，即使基板172被减薄，也可以确保足够的量子效率×孔径比。这里，基板172对应于图2的半导体基板61，并且基板172内部的箭头示出了在垂直于基板172的方向上的电场。
图9图示了在基板172的厚度方向上的位置和信号载流子的移动速度之间的关系。
如上所述，在基板172的在垂直于基板172的方向上的厚度减小的情况下，在基本垂直于基板172的方向上的电场变强，仅仅信号载流子的移动速度快的漂移电流区域中的电子(电荷)被使用，而信号载流子的移动速度慢的扩散电流区域中的电子未被使用。通过仅使用漂移电流区域中的电子(电荷)，从执行光电转换到在有效抽头的N+半导体区域中检测到信号载流子所需的时间变短。此外，在基板172的厚度减小的情况下，信号载流子的移动到有效抽头中的N+半导体区域的移动距离也变短。
因此，在后表面照射型CAPD传感器中，即使驱动频率高，也能够将在基板172中的每个区域中产生的信号载流子(电子)充分地吸引到有效抽头的N+半导体区域中，并且能够提高电子的提取效率。
此外，通过减小基板172的厚度，即使在高的驱动频率下也能够确保足够的电子提取效率，并且能够提高高速驱动耐用性。
特别地，在后表面照射型CAPD传感器中，由于可以将电压直接施加到基板172(即半导体基板61)，因此在抽头的有效和无效之间的切换的响应速度快，并且能够以高的驱动频率执行驱动。此外，由于可以将电压直接施加到半导体基板61，因此在半导体基板61中能够予以调制的区域变宽了。
此外，在后表面照射型光接收元件1(CAPD传感器)中，由于可以获得足够的孔径比，因此能够使像素以与该量对应的程度小型化，并且可以改善像素的小型化阻力。
此外，在光接收元件1中，通过致使光接收元件1成为后表面照射型，生产线后道工序(BEOL：back end of line)容量设计的自由化就成为可能，因此，能够提高饱和信号量(Qs)的设计自由度。
<多个像素的截面图>
图10和图11图示了布置有多个(三个)上述的像素51的状态的截面图。
图10图示了在截面方向上与图2的截面图的截面方向相同且与图3的线A-A'对应的截面图，并且图11图示了与图3的线B-B'对应的截面图。
由于图10的截面图与图2的截面图相同，因此将省略其说明。
关于图11，将会说明与图10不同的部分。
在图11中，像素晶体管Tr形成在多层布线层91和半导体基板61之间的界面部分的像素边界区域中。像素晶体管Tr是图4所示的传输晶体管101、开关晶体管104、复位晶体管105、放大晶体管106和选择晶体管107中的任意晶体管。
此外，除了用于将预定电压施加到作为电压施加单元的P+半导体区域73的电压施加布线93形成在金属膜M1上之外，与作为电荷检测单元的N+半导体区域71的一部分连接的信号提取布线95也形成在金属膜M1上。信号提取布线95将在N+半导体区域71中检测到的电荷传输到FD 102。
如图11所示，金属膜M1的电压施加布线93通过通路孔(via)电连接到金属膜M4的布线96-1和96-2中的一者。金属膜M4的布线96-1通过通路孔在预定位置(图11中未示出的位置)处连接到金属膜M5的布线97-1，并且金属膜M4的布线96-2通过通路孔在预定位置处连接到金属膜M5的布线97-2。
图12的A示出了金属膜M4的平面图，并且图12的B示出了金属膜M5的平面图。
在图12的A和B中，用虚线示出了像素51的区域以及具有图3所示的八边形形状的信号提取单元65-1和65-2的区域。在图12的A和B中，图的垂直方向是像素阵列单元21的垂直方向，并且图的水平方向是像素阵列单元21的水平方向。
在布线区域发生重叠的预定区域中，作为信号提取单元65-1的电压施加单元的P+半导体区域73通过通路孔连接到金属膜M4的布线96-1，并且布线96-1通过通路孔等连接到金属膜M5的布线97-1，诸如此类。
类似地，在布线区域发生重叠的预定区域中，作为信号提取单元65-2的电压施加单元的P+半导体区域73通过通路孔连接到金属膜M4的布线96-2，并且布线96-2通过通路孔等连接到金属膜M5的布线97-2，诸如此类。
来自像素阵列单元21周边的周边电路单元的驱动单元的预定电压(电压MIX 0或MIX 1)被传输到金属膜M5的布线97-1和97-2并被供应给金属膜M4的布线96-1和96-2。此外，该预定电压从金属膜M4的布线96-1和96-2通过金属膜M3和M2被施加到金属膜M1的电压施加布线93，并且被供应给作为电压施加单元的P+半导体区域73。
<2.增强基本像素结构的必要性>
上面已经说明了本技术适用的实施例的光接收元件的基本结构。在下文中，关于具有上述基本结构的光接收元件，将会说明本技术实施例适用的光接收元件的构造。
本技术实施例适用的光接收元件变为如下的光接收元件：其中，像素51的多层布线层91的结构的一部分相对于如上所述的光接收元件1的基本结构得到改善。在下文中，通过将本技术的实施例应用到光接收元件1的像素51以改善像素结构的像素结构将被说明为像素201。需要注意，与图2的像素51对应的部分用相同的附图标记表示，并且将适当地省略其说明。
如参照图2等所述，在上述的光接收元件1的像素51的结构中，采用了如下的结构：其中，通过在多层布线层91中最靠近半导体基板61的金属膜M1上设置反射构件94(其是反射入射光的构件)，已经通过作为光电转换区域的半导体基板61的光被朝着半导体基板61反射，以提高有助于光电转换的光的效率。
在像素51的结构中，在电荷检测单元附近的光电转换效率也由于添加了使用反射构件94的反射结构而增大了、并且不跟随电压切换的电荷增加了的情况下，代表着CAPD传感器的信号对比度的Cmod就可能减小，改善效果就会降低。
因此，在下文中，提出了如下的像素结构：该像素结构能够在保持光接收元件1的基本结构的特性的同时，通过在电荷检测单元附近抑制在该电荷检测单元中检测到的、且不跟随电压切换的电荷，来提高距离测量精度。
<3.像素的第一实施例>
图13是图示了本技术适用的像素的第一实施例的像素结构的截面图。
图13图示了在截面方向上与图2所示的像素51的截面方向相同的的截面图。这同样适用于稍后说明的图14至图27。
与图2的像素51进行比较，图13的根据第一实施例的像素201的不同之处在于，在半导体基板61的形成有多层布线层91的表面侧界面和金属膜M1的布线层之间新形成有包含多晶硅的反射抑制膜211。更具体地，反射抑制膜211形成在图13中作为电荷检测单元的N+半导体区域71的下侧，换句话说，位于N+半导体区域71和金属膜M1的布线层之间，并且例如，形成有反射抑制膜211的平面表面区域具有与作为电荷检测单元的N+半导体区域71类似的八边形形状。
包含多晶硅的反射抑制膜211能够通过与图11所示的像素晶体管Tr相同的工艺形成，反射抑制膜211是形成在像素边界区域中的像素晶体管Tr的栅极电极。
由于在光往深处穿透时该光发生衰减，因此从表面侧反射的光也具有较高的强度。如图14所示，如上所述，通过在半导体基板61的表面侧界面和金属膜M1的布线层之间形成包含多晶硅的反射抑制膜211，该反射抑制膜211能够抑制已经通过半导体基板61的光朝着半导体基板61侧的反射，所以，入射光被反射构件94反射，因此能够减少直接入射在电荷检测单元上的电荷(电子)。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<4.像素的第二实施例>
图15是图示了本技术适用的像素的第二实施例的像素结构的截面图。
与图2的像素51进行比较，图15的根据第二实施例的像素201的不同之处在于，在半导体基板61的形成有多层布线层91的表面侧界面和金属膜M1的布线层之间新形成有使用多晶硅以外的材料的反射抑制膜212。只要反射抑制膜212的材料是光的反射率低于作为层间绝缘膜92的SiO2的反射率的膜就已足够了，并且例如，该膜是诸如SiN或SiCN等氮化物膜。与第一实施例的反射抑制膜211类似，反射抑制膜212形成在图15中作为电荷检测单元的N+半导体区域71的下侧，换句话说，位于作为电荷检测单元的N+半导体区域71和金属膜M1的布线层之间，并且例如，形成有反射抑制膜212的平面表面区域具有与作为电荷检测单元的N+半导体区域71类似的八边形形状。
与第一实施例类似，如上所述，通过使用多晶硅以外的材料在半导体基板61的表面侧界面和金属膜M1的布线层之间形成反射抑制膜212，该反射抑制膜211能够抑制已经通过半导体基板61的光朝着半导体基板61侧的反射，所以，入射光被反射构件94反射，因此可以减少直接入射在电荷检测单元上的电荷(电子)。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<5.像素的第三实施例>
图16是图示了本技术适用的像素的第三实施例的像素结构的截面图。
与图2的像素51进行比较，图16的根据第三实施例的像素201的不同之处在于，多层布线层91的金属膜M1的布线层的反射构件94用反射构件213代替。
图2的像素51的反射构件94也形成在作为电荷检测单元的N+半导体区域71的下侧区域中。然而，图16的反射构件213与反射构件94的不同之处在于，反射构件213没有形成在N+半导体区域71的下侧区域中。
如上所述，由于可以通过让形成于多层布线层91的金属膜M1上的反射构件213不设置在N+半导体区域71的下侧区域中来抑制已经通过半导体基板61的光朝着半导体基板61侧的反射，所以入射光被反射构件213反射，因此可以减少直接入射在电荷检测单元上的电荷(电子)。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<6.像素的第四实施例>
图17是图示了本技术适用的像素的第四实施例的像素结构的截面图。
图17的根据第四实施例的像素201具有包括图13至图16所示的根据第一实施例至第三实施例的所有构造的结构。即，像素201包括图13所示的反射抑制膜211、图15所示的反射抑制膜212、以及图16所示的反射构件213，并且其他结构与图2的像素51类似。
如上所述，由于可以通过包括根据第一实施例至第三实施例的反射抑制膜211、反射抑制膜212和反射构件213来抑制已经通过半导体基板61的光朝着半导体基板61侧的反射，所以可以进一步减少直接入射在电荷检测单元上的电荷(这些电荷与已经通过半导体基板61的光对应)。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
(第四实施例的变形例)
需要注意，在图17的像素结构中，反射抑制膜212和金属膜M1的反射构件213的在纵向方向(基板深度方向)上的位置是不同的位置。
然而，如图18所示，反射抑制膜212和金属膜M1的反射构件213的在纵向方向上的位置可以是相同的位置。
可替代地，如在图17的像素结构中，反射抑制膜211、反射抑制膜212和反射构件213可以设置在不同的层位置处，此外，可以在与反射抑制膜212为同一层的位于反射构件213上方的位置处单独地设置用于反射光的反射构件。
<7.像素的第五实施例>
图19是图示了本技术适用的像素的第五实施例的像素结构的截面图。
图19的根据第五实施例的像素201具有如下的结构：其中，在图13所示的根据第一实施例的结构中进一步添加了埋入绝缘膜(STI)231。
即，在图19的像素201中，埋入绝缘膜231形成在N+半导体区域71和P+半导体区域73之间，并且形成在N+半导体区域71附近。埋入绝缘膜231使N+半导体区域71和P+半导体区域73彼此分离。此外，埋入绝缘膜231使包括P型半导体层的半导体基板61和N+半导体区域71彼此分离。
如上所述，通过在N+半导体区域71和P+半导体区域73附近形成埋入绝缘膜231，能够可靠地使N+半导体区域71和P+半导体区域73彼此分离。此外，如图20所示，能够进一步减少入射在电荷检测单元上的由倾斜光或倾斜光的反射光的光电转换产生的电荷。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
需要注意，图19的根据第五实施例的像素201具有在图13所示的根据第一实施例的结构中进一步添加了埋入绝缘膜231的结构，但是，当然，在上述的第二实施例至第四实施例以及第四实施例的变形例中进一步添加埋入绝缘膜231的结构也是可以的。同样，在这种情况下，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<8.像素的第六实施例>
图21是图示了本技术适用的像素的第六实施例的像素结构的截面图。
图21的根据第六实施例的像素201具有如下的结构：其中，在图13所示的根据第一实施例的结构中进一步添加了埋入绝缘膜(STI)232。
这里，与图19所示的根据第五实施例的像素201进行比较，在图19的像素201中，埋入绝缘膜231形成在N+半导体区域71和P+半导体区域73之间以及N+半导体区域71附近，并且埋入绝缘膜231没有形成在像素中心部分和像素边界部分的半导体基板61之间的界面附近。
另一方面，在图21所示的根据第六实施例的像素201中，埋入绝缘膜232还形成在像素中心部分和像素边界部分的半导体基板61之间的界面附近。更具体地，埋入绝缘膜232还形成在像素中心部分的N+半导体区域71-1和71-2之间、像素边界附近的N+半导体区域71-1和右边相邻像素201的N+半导体区域71-2(未示出)之间、以及像素边界附近的N+半导体区域71-2和左边相邻像素201的N+半导体区域71-1(未示出)之间。与根据图19所示的第五实施例的像素201类似，埋入绝缘膜232也形成在N+半导体区域71和P+半导体区域73之间以及N+半导体区域71附近。
如图22所示，如上所述，通过除了在N+半导体区域71附近和P+半导体区域73附近形成埋入绝缘膜232之外还在像素中心部分和像素边界部分的半导体基板61的界面附近形成埋入绝缘膜232，可以提高电荷检测单元以外的像素中心部分和像素边界部分的入射光的反射率。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且可以通过增加由有效抽头检测到的电荷来提高距离测量精度。
需要注意，图21的根据第六实施例的像素201具有在图13所示的根据第一实施例的结构中进一步添加了埋入绝缘膜232的结构，但是，当然，在上述的第二实施例至第四实施例以及第四实施例的变形例中进一步添加埋入绝缘膜232的结构也是可以的。同样，在这种情况下，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且可以通过增加由有效抽头检测到的电荷来提高距离测量精度。
<9.像素的第七实施例>
图23是图示了本技术适用的像素的第七实施例的像素结构的截面图。
图23中的根据第七实施例的像素201具有如下的结构：其中，在图19所示的根据第五实施例的构造的埋入绝缘膜232中进一步添加了遮光膜241。由于遮光膜241形成在埋入绝缘膜232中，所以遮光膜241形成在N+半导体区域71和P+半导体区域73之间以及N+半导体区域71附近。关于遮光膜241的材料，例如，使用诸如钨(W)等金属材料，但是不限于此，只要该材料是遮光材料即可。
如图24所示，如上所述，通过在埋入绝缘膜231中进一步设置遮光膜241，可以进一步减少入射在电荷检测单元上的由倾斜光或倾斜光的反射光的光电转换产生的电荷。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
需要注意，图23的根据第七实施例的像素201具有在图13所示的根据第一实施例的构造中进一步添加了埋入绝缘膜231和遮光膜241的结构，但是，当然，在上述的第二实施例至第四实施例以及第四实施例的变形例中进一步添加图23的埋入绝缘膜231和遮光膜241的结构也是可以的。同样，在这种情况下，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<10.像素的第八实施例>
图25是图示了本技术适用的像素的第八实施例的像素结构的截面图。
图25所示的根据第八实施例的像素201具有如下的结构：其中，在图21所示的根据第六实施例的构造的埋入绝缘膜232中进一步添加了图23所示的第七实施例的遮光膜241。
与第六实施例类似，如上所述，通过除了在N+半导体区域71附近和P+半导体区域73附近形成埋入绝缘膜232之外还在像素中心部分和像素边界部分的半导体基板61的界面附近形成埋入绝缘膜232，可以提高电荷检测单元以外的像素中心部分和像素边界部分的入射光的反射率。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且可以通过增加由有效抽头检测到的电荷来提高距离测量精度。
此外，与第七实施例类似，通过在埋入绝缘膜232中进一步设置遮光膜241，可以进一步减少入射在电荷检测单元上的由倾斜光或倾斜光的反射光的光电转换产生的电荷。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
需要注意，图25的根据第八实施例的像素201具有在图13所示的根据第一实施例的构造中进一步添加了埋入绝缘膜232和遮光膜241的结构，但是，当然，在上述的第二实施例至第四实施例以及第四实施例的变形例中进一步添加图25的埋入绝缘膜232和遮光膜241的结构也是可以的。同样，在这种情况下，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<11.像素的第九实施例>
图26是图示了本技术适用的像素的第九实施例的像素结构的截面图。
图26的根据第九实施例的像素201与图25所示的根据第八实施例的构造的不同之处仅在于遮光膜241的结构。
具体地，在图25的根据第八实施例的像素201中，遮光膜241仅形成在埋入绝缘膜232中的N+半导体区域71附近(侧部)和P+半导体区域73附近(侧部)。
另一方面，在图26的根据第九实施例的像素201中，除了在埋入绝缘膜232中的N+半导体区域71附近(侧部)和P+半导体区域73附近(侧部)形成遮光膜241之外，遮光膜241还形成在像素中心部分和像素边界部分处的埋入绝缘膜232中的上表面附近。更具体地，遮光膜241还形成在如下三种位置的上表面附近：像素中心部分的N+半导体区域71-1和71-2之间的埋入绝缘膜232的内部、像素边界附近的N+半导体区域71-1与右边相邻像素201的N+半导体区域71-2(未示出)之间的埋入绝缘膜232的内部、以及像素边界附近的N+半导体区域71-2和左边相邻像素201的N+半导体区域71-1(未示出)之间的埋入绝缘膜232的内部。
如上所述，针对于埋入绝缘膜232的形成区域的宽部，遮光膜241也可以形成在平面方向的区域中、以及N+半导体区域71附近(侧部)或P+半导体区域73附近(侧部)。
此外，如图27所示，遮光膜241可以形成为使得与像素中心部分相邻的两个N+半导体区域71之间的区域以及在像素边界部分处从基板界面埋入到埋入绝缘膜232中预定深度，并且N+半导体区域71或P+半导体区域73的附近(侧部)和埋入绝缘膜232的上表面的附近也是如此。
<12.总结>
根据上述的第一实施例至第九实施例的像素201具有反射抑制结构，该反射抑制结构抑制多层布线层91中对应于第一电荷检测单元(例如，N+半导体区域71-1)和第二电荷检测单元(例如，N+半导体区域71-2)的平面区域中的光反射。
反射抑制结构例如是图13的第一实施例中的包含多晶硅的反射抑制膜211和图15的第二实施例中的包含氮化物膜的反射抑制膜212。此外，在图16的第三实施例中，反射抑制结构是形成为不设置在N+半导体区域71的下侧区域中的反射构件213，并且在图17的第四实施例中，反射抑制结构是反射抑制膜211和反射抑制膜212在多层布线层91的堆叠方向上堆叠的结构。
由于像素201包括反射抑制结构，所以已经通过半导体基板61的光被朝着半导体基板61反射。因此，可以减少直接入射在电荷检测单元上的电荷。结果，在电荷检测单元附近，能够抑制由电荷检测单元检测到的、不跟随电压切换的电荷，并且能够提高距离测量精度。
<13.测距模块的构造示例>
图28是图示了测量模块的构造示例的框图，该测距模块使用包括第一实施例至第九实施例之中的任何像素结构的光接收元件1输出距离测量信息。
测量模块500包括光发射单元511、光发射控制单元512和光接收单元513。
光发射单元511具有发射预定波长的光的光源，并且光发射单元511利用亮度周期性变化的照射光向物体照射。例如，光发射单元511具有作为光源的发射波长在780nm至1000nm范围内的红外光的发光二极管，并且光发射单元511以与从光发射控制单元512供应的矩形波的光发射控制信号CLKp同步的方式产生照射光。
需要注意，光发射控制信号CLKp不限于矩形波，只要控制信号CLKp是周期性信号即可。例如，光发射控制信号CLKp可以是正弦波。
光发射控制单元512将光发射控制信号CLKp供应给光发射单元511和光接收单元513，并且光发射控制单元512控制照射光的照射时序。光发射控制信号CLKp的频率例如是20兆赫兹(MHz)。需要注意，光发射控制信号CLKp的频率不限于20兆赫兹(MHz)，并且可以是5兆赫兹(MHz)等。
光接收单元513接收从物体反射的反射光，根据光接收结果计算每个像素的距离信息，产生深度图像，并输出深度图像，在深度图像中，到物体的距离由每个像素的灰度值表示。
包括第一实施例至第九实施例之中的任何像素结构的光接收元件1用于光接收单元513。例如，充当光接收单元513的光接收元件1基于光发射控制信号CLKp根据由像素阵列单元21的每个像素201的信号提取单元65-1和65-2中的各者的每个电荷检测单元(N+半导体区域71)检测到的信号强度来计算每个像素的距离信息。
如上所述，包括第一实施例至第九实施例之中的任何像素结构的光接收元件1能够作为测距模块500的光接收单元513而并入进来，光接收单元513通过间接ToF方法获得到物体的距离信息并输出距离信息。因此，作为测量模块500，可以改善距离测量特性。
如上所述，根据本技术的实施例，通过将CAPD传感器构造为后表面照射型光接收元件，可以改善距离测量特性。
需要注意，例如，光接收元件1能够应用到各种电子设备，例如，除了上述的测距模块之外，诸如具有距离测量功能的数码照相机或数码摄像机等摄像设备、以及具有距离测量功能的移动电话。
当然，在本技术中，根据情况，上述实施例的组合也是可以的。即，例如，根据优先考虑的诸如像素灵敏度等特性，在适当的时候，可以选择设置在像素中的信号提取单元的数量或位置、信号提取单元的形状、或者是否致使信号提取单元具有共用结构、是否存在片上透镜、是否存在像素间遮光部、是否存在分离区域、片上透镜或基板的厚度、基板的类型或膜设计、入射表面上是否存在偏置、和是否存在反射构件等。
此外，在上面的说明中，已经说明了使用电子作为信号载流子的示例。然而，由光电转换产生的空穴也可以用作信号载流子。在这种情况下，只要用于检测信号载流子的电荷检测单元包括P+半导体区域、用于在基板中产生电场的电压施加单元包括N+半导体区域、并且在设置于信号提取单元中的电荷检测单元中检测到作为信号载流子的空穴就已足够。
<14.内窥镜手术系统的应用示例>
本发明的技术(本技术)能够应用到各种产品。例如，本发明的技术可以应用到内窥镜手术系统。
图29是描绘可以应用根据本发明的实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造示例的视图。
在图29中，图示了外科医生(医师)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量设备11112等其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120、和安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括镜筒11101和摄像头11102，镜筒11101具有要***到患者11132体腔中的从镜筒的远端起具有预定长度的区域，摄像头11102连接到镜筒11101的近端。在所示的示例中，内窥镜11100被描绘为包括具有硬型镜筒11101的刚性内窥镜。然而，也可以包括作为具有软型镜筒11101的柔性内窥镜的内窥镜11100。
镜筒11101在其远端具有安装物镜的开口。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101的内部延伸的光导而被引入到镜筒11101的远端，并且通过物镜朝着患者11132体腔中的观察目标照射。需要注意，内窥镜11100可以是直视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
在摄像头11102的内部设置有光学系统和摄像元件，使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统被会聚在摄像元件上。摄像元件对观察光进行光电转换，以产生对应于观察光的电信号，即对应于观察图像的图像信号。图像信号作为RAW数据被发送到CCU11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU：central processing unit)或图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等，并且CCU 11201整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且CCU 11201对该图像信号执行用于基于图像信号而显示图像的各种图像处理，例如显影处理(去马赛克处理)。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202基于已经由CCU 11201执行图像处理的图像信号在该显示装置上显示图像。
光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并在将手术区域成像到内窥镜11100时供应照射光。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204执行输入到内窥镜手术系统11000的各种信息或指令的输入。例如，用户将输入指令等，以通过内窥镜11100改变摄像条件(照射光类型、倍率或焦距等)。
处置工具控制装置11205控制用于组织的烧灼或切口、或者血管的封闭等的能量设备11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔中以使体腔充气，以便确保内窥镜11100的视野并确保外科医生的工作空间。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够把与手术有关的各种信息以诸如文本、图像或图形等各种形式打印出来的装置。
需要注意，在将手术区域成像到内窥镜11100时供应照射光的光源装置11203可以包括白色光源，该白色光源例如包括LED、激光光源、或它们的组合。在白色光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，由于针对每种颜色(每个波长)可以以高精度控制输出强度和输出时序，所以光源装置11203可以对摄像图像的白平衡进行调整。此外，在这种情况下，如果以时分的方式对观察目标照射来自各个RGB激光光源的激光束，并且以与照射时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动，那么也可以以时分的方式对分别对应于R、G和B颜色的图像进行摄像。根据该方法，即使没有针对摄像元件设置彩色滤光片，也可以获得彩色图像。
此外，光源装置11203可以被控制，使得待输出的光的强度针对每个预定时间发生改变。通过以与光强变化的时序同步的方式控制摄像头11102的摄像元件的驱动以便以时分的方式获取图像并对该图像进行合成，可以产生没有曝光不足的遮挡黑影(blocked upshadow)和过度曝光的亮点的高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以被构造成供应用于特殊光观察的预定波段的光。在特殊光观察中，例如，与普通观察时的照射光(即白光)相比，通过利用人体组织中光吸收的波长依赖性来照射窄带光，可以执行以高对比度对诸如粘膜的表面部分的血管等预定组织进行成像的窄带观察(窄带成像)。可替代地，在特殊光观察中，可以执行用于从通过激励光的照射而产生的荧光中获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激励光照射到人体组织上对来自人体组织的荧光进行观察(自体荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(ICG：indocyanine green)等试剂局部注射到人体组织中并将与试剂的荧光波长对应的激励光照射到人体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成供应适合于如上所述的特殊光观察的这种窄带光和/或激励光。
图30是描绘图29所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400连接以彼此通信。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学系统。从镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像头11102，并被引入到透镜单元11401中。透镜单元11401包括多个透镜的组合，多个透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。
摄像单元11402所包括的摄像元件的数量可以是一个(单板式)或多个(多板式)。在摄像单元11402被构造为多板式摄像单元的情况下，例如，摄像元件会产生与各个R、G和B对应的图像信号并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以被构造成具有一对摄像元件，用以获取用于三维(3D)显示的各个左眼用图像信号和右眼用图像信号。如果执行3D显示，则外科医生11131可以更准确地理解手术区域中的活体组织的深度。需要注意，在摄像单元11402被构造为立体式摄像单元的情况下，对应于各个摄像元件设置透镜单元11401的多个系统。
此外，摄像单元11402可以不必设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以设置在镜筒11101内部的物镜正后方。
驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403将透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的倍率和焦点。
通信单元11404包括用于从CCU 11201接收并向CCU 11201发送各种信息的通信装置。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据发送到CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号供应给摄像头控制单元11405。控制信号包括与摄像条件相关的信息，例如指定拍摄图像的帧速率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息、和/或指定拍摄图像的倍率和焦点的信息。
需要注意，诸如帧速率、曝光值、倍率或焦点等摄像条件可以由用户指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于所获取的图像信号自动设定。在后者的情况下，在内窥镜11100中包含自动曝光(AE：auto exposure)功能、自动聚焦(AF：auto focus)功能和自动白平衡(AWB：auto white balance)功能。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包括用于从摄像头11102接收并向摄像头11102发送各种信息的通信装置。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102向通信单元11411发送的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。可以通过电气通信或光学通信等传输图像信号和控制信号。
图像处理单元11412对从摄像头11102向其发送的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与内窥镜11100对手术区域等的摄像和通过手术区域等的摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，基于已经由图像处理单元11412执行图像处理的图像信号，控制单元11413控制显示装置11202显示对手术区域等成像的拍摄图像。随即，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状和颜色等来识别诸如镊子等手术工具、特定活体区域、出血、以及当使用能量设备11112时的薄雾等。在控制显示装置11202显示拍摄图像时，控制单元11413可以使用识别结果使各种手术支持信息以与手术区域的图像重叠的方式显示。在手术支持信息以重叠的方式显示并呈现给外科医生11131的情况下，可以减轻外科医生11131的负担，并且外科医生11131可以确定无疑地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是用于电信号通信的电信号电缆、用于光学通信的光纤、或用于电气通信和光学通信两者的复合电缆。
这里，虽然在所示的示例中通过使用传输电缆11400的有线通信进行通信，但是也可以通过无线通信进行摄像头11102和CCU 11201之间的通信。
如上所述，已经说明了能够应用根据本发明的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本发明的技术可以应用到上述构造之中的摄像单元11402。具体地，具有像素201的光接收元件1能够用作摄像单元11402的构造的一部分。通过将根据本发明的实施例的技术作为摄像单元11402的构造的一部分应用，可以高精度地测量与手术部位相距的距离，并且可以获得更清晰的手术部位图像。
需要注意，尽管在本文中已经说明了作为示例的内窥镜手术系统，但是根据本发明的技术也可以应用到其他方面，例如显微镜手术系统等。
<15.移动体的应用示例>
根据本发明的实施例的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本发明的实施例的技术可以实现为安装在任何类型的移动体上的设备，移动体例如是汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动设备(personal mobility)、飞机、无人机、船、和机器人。
图31是描绘作为可以应用根据本发明的实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
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31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和集成控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被图示为集成控制单元12050的功能构造。
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有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作下述装置的控制装置：产生车辆驱动力的驱动力产生装置，例如内燃机或驱动电机等；将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；调节车辆的转向角的转向机构；以及产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作下述装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、自动窗装置、或者诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，可以将从代替钥匙的移动设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元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、自动窗装置、或灯等。
车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031拍摄车辆外部的图像，并且车外信息检测单元12030接收拍摄到的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行对诸如人类、车辆、障碍物、标志、或路面上的文字等物体进行检测的处理或执行距上述物体的距离的检测处理。
摄像部12031是接收光并输出与接收到的光的光量对应的电信号的光学传感器。摄像部12031可以将电信号作为图像输出，或者可以将电信号作为有关测距的信息输出。此外，由摄像部12031接收到的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测有关车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。例如，驾驶员状态检测部12041包括拍摄驾驶员的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，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集中程度，或者可以判定驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车内信息检测单元12040或车外信息检测单元12030获得的有关车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构、或制动装置的控制目标值，并且微型计算机12051可以向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistancesystem)的功能的协同控制，所述功能包括车辆碰撞规避或车辆冲击缓和、基于车间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆的碰撞警告、或车辆的偏离车道警告等。
此外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆外部或内部的信息，微型计算机12051可以通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等而执行旨在使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等的自动驾驶的协同控制。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的有关车辆外部的信息而将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对面车辆的位置，通过控制车头灯而将远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩目的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或听觉上将信息通知给车上的乘员或车辆外部。在图31的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被图示为输出设备。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图32是描绘摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图32中，车辆12100包括作为摄像部12031的摄像部12101、12102、12103、12104、和12105。
例如，摄像部12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后备箱门上的位置处以及车辆内部的挡风玻璃的上部的位置处。设置在前鼻上的摄像部12101和设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后备箱门上的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。由摄像部12101和摄像部12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。
顺便提及，图32描绘了摄像部12101～12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后备箱门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101～12104拍摄的图像数据，能够获得如从上方观察到的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像部12101～12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101～12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像部12101～12104获得的距离信息来确定距摄像范围12111～12114内的每个立体物的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并由此特别地提取如下的最近立体物作为前方车辆：该立体物存在于车辆12100的行驶道路上并且在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行驶。此外，微型计算机12051能够预先设定与前方车辆前方要保持的车间距离，并能够执行自动制动控制(包括跟进停止控制)或自动加速控制(包括跟进启动控制)等。因此，可以执行旨在无需依赖于驾驶员等的操作就能使车辆自主行驶的自动驾驶的协同控制。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像部12101～12104获得的距离信息将有关立体物的立体物数据分类为两轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取分类后的立体物数据，并使用所提取的立体物数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员在视觉上能够识别的障碍物和车辆12100的驾驶员在视觉上难以识别的障碍物。然后，微型计算机12051判定用于指示与每个障碍物发生碰撞的危险性的碰撞风险。在碰撞风险为设定值以上并因此可能存在碰撞的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或规避转向。因此，微型计算机12051能够辅助驾驶以规避碰撞。
摄像部12101～12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定摄像部12101～12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，对行人的这种识别是通过如下过程来执行的：提取作为红外相机的摄像部12101～12104的所拍摄图像中的特征点，并且通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来判定该物体是否是行人。当微型计算机12051判定摄像部12101～12104的所拍摄图像中存在行人并由此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得强调用的方形轮廓线以与识别出的行人叠加的方式显示。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
上面已经说明了能够应用根据本发明的实施例的技术的车辆控制系统的示例。根据本发明的实施例的技术能够应用到上述构造之中的车外信息检测单元12030或摄像单元12031。具体地，具有像素201的光接收元件1能够应用到车外信息检测单元12030或摄像单元12031的距离检测处理块。通过将根据本发明的实施例的技术应用到车外信息检测单元12030或摄像单元12031，可以高精度地测量与诸如人、汽车、障碍物、标志或路面上的文字等物体相距的距离，通过使用所获得的距离信息，可以减轻驾驶员的疲劳，并且能够提高驾驶员或车辆的安全性。
本技术的实施例不限于上述实施例，并且可以在不脱离本技术的主旨的范围内进行各种改变。
需要注意，本说明书中描述的效果仅是示例，并且效果不限于本说明书中所述的效果。可能存在着本说明书中所述的效果以外的效果。
此外，本技术也可以按如下地进行配置。
(1)光接收元件，其包括：
片上透镜；
布线层；以及
半导体层，所述半导体层设置在所述片上透镜和所述布线层之间，
其中，所述半导体层包括：
第一电压施加单元，所述第一电压施加单元上被施加第一电压，
第二电压施加单元，所述第二电压施加单元上被施加不同于所述第一电压的第二电压，
第一电荷检测单元，所述第一电荷检测单元设置在所述第一电压施加单元附近，和
第二电荷检测单元，所述第二电荷检测单元设置在所述第二电压施加单元附近，并且
所述布线层包括反射抑制结构，所述反射抑制结构抑制与所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元对应的平面区域中的光反射。
(2)根据(1)所述的光接收元件，其中，所述反射抑制结构是包含多晶硅的膜。
(3)根据(1)所述的光接收元件，其中，所述反射抑制结构是包含氮化物膜的膜。
(4)根据(1)所述的光接收元件，其中，所述反射抑制结构是如下的结构：在该结构中，包含多晶硅的第一反射抑制膜和包含氮化物膜的第二反射抑制膜在所述布线层的堆叠方向上堆叠。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光接收元件，
其中，所述布线层至少包括一层布线，所述一层布线包括用于供应所述第一电压的第一电压施加布线、用于供应所述第二电压的第二电压施加布线、和反射构件，并且
所述反射构件没有形成在与所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元对应的所述平面区域中。
(6)根据(5)所述的光接收元件，其中，包括所述第一电压施加布线、所述第二电压施加布线和所述反射构件的所述一层布线是多层布线之中最靠近所述半导体层的布线。
(7)根据(5)或(6)所述的光接收元件，其中，所述反射构件是金属膜。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光接收元件，其中，所述半导体层还包括第一埋入绝缘膜，所述第一埋入绝缘膜位于所述第一电压施加单元和所述第一电荷检测单元之间以及所述第二电压施加单元和所述第二电荷检测单元之间。
(9)根据(8)所述的光接收元件，其还包括：
在所述第一埋入绝缘膜内的遮光膜。
(10)根据(8)或(9)所述的光接收元件，其中，所述半导体层还包括第二埋入绝缘膜，所述第二埋入绝缘膜位于所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元之间。
(11)根据(10)所述的光接收元件，其还包括：
在位于所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元之间的所述第二埋入绝缘膜内的遮光膜。
(12)电子设备，其包括光接收元件，所述光接收元件包括：
片上透镜；
布线层；以及
半导体层，所述半导体层设置在所述片上透镜和所述布线层之间，
其中，所述半导体层包括：
第一电压施加单元，所述第一电压施加单元上被施加第一电压，
第二电压施加单元，所述第二电压施加单元上被施加不同于所述第一电压的第二电压，
第一电荷检测单元，所述第一电荷检测单元设置在所述第一电压施加单元附近，和
第二电荷检测单元，所述第二电荷检测单元设置在所述第二电压施加单元附近，并且
所述布线层包括反射抑制结构，所述反射抑制结构抑制与所述第一电荷检测单元和所述第二电荷检测单元对应的平面区域中的光反射。
附图标记列表
1 光接收元件
21 像素阵列单元
51 像素
61 半导体基板
62 片上透镜
65-1、65-2、65 信号提取单元
71-1、71-2、71 N+半导体区域
73-1、73-2、73 P+半导体区域
91 多层布线层
92 层间绝缘膜
93 电压施加布线
94 反射构件
95 信号提取布线
96 布线
101 传输晶体管
102 FD(浮动扩散部)
103 附加电容器
104 开关晶体管
105 复位晶体管
106 放大晶体管
107 选择晶体管
M1至M5 金属膜
201 像素
211、212 反射抑制膜
213 反射构件
231、232 埋入绝缘膜
241 遮光膜
500 测距模块(ranging module)
513 光接收单元
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