距离图像传感器的制作方法

本发明涉及距离图像传感器。

背景技术：

已知TOF(Time-Of-Flight(飞行时间))型的距离图像传感器(例如参照专利文献1)。专利文献1所记载的距离图像传感器中，在一维方向上配置的各距离传感器包括矩形的电荷产生区域、沿着电荷产生区域的一组相对的二条边分别设置的传送电极、分别存储由传送电极传送的信号电荷的信号电荷存储区域而构成。

该距离图像传感器中，传送电极将在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷并根据相位不同的传送信号分配至各信号电荷存储区域。分配后的信号电荷分别存储于对应的各信号电荷存储区域。存储于各信号电荷存储区域的信号电荷作为与存储的电荷量对应的输出而被读出。基于这些输出的比率，计算出到对象物的距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2007/026779号小册子

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在多个距离传感器在一维方向上配置的电荷分配型的距离图像传感器中，在一维方向上相邻的距离传感器间发生电荷的串扰(漏入)时，在相邻的距离传感器间，电荷的串扰对距离测量的影响可能不同。如果电荷的串扰对距离测量的影响在相邻的距离传感器间不同，则难以适宜地进行距离测量。

本发明的一个方式的目的在于，提供一种距离图像传感器，其是电荷分配型的距离图像传感器，在一维方向上相邻的距离传感器彼此中电荷的串扰对距离测量的影响成为相同。

解决问题的技术手段

本发明人们对作为电荷分配型的距离图像传感器并且在一维方向上相邻的距离传感器彼此中电荷的串扰对距离测量的影响成为相同的距离图像传感器进行了调查研究。其结果，本发明人们发现了以下的事实。

在上述专利文献1所记载的那样的距离图像传感器中，存在光入射的距离传感器(以下，称为入射距离传感器)以外的其它距离传感器中也检测出信号的情况。可以认为这是因为发生了在入射距离传感器的电荷产生区域生成的电荷流入其它距离传感器的各信号电荷存储区域的串扰。对其它距离传感器的各信号电荷存储区域的串扰的影响根据该各个信号电荷存储区域的配置而不同。特别是其它距离传感器的各信号电荷存储区域的配置根据是否是入射距离传感器侧而大幅不同。即，其它距离传感器中配置在光入射距离传感器侧的信号电荷存储区域中，串扰的影响变大，配置在光入射距离传感器侧的相反侧的信号电荷存储区域中，串扰的影响变小。

在电荷分配型的距离传感器中，如上所述，基于各信号电荷存储区域的输出的比率，计算到对象物的距离。因此，如果相对于各信号电荷存储区域，存在来自周围的距离传感器的电荷的漏入，则计算出的距离发生变化。例如即使在光被入射的二个距离传感器的各信号电荷存储区域中，根据一方的相位的传送信号分配的电荷量和根据另一方的相位分配的电荷量相同的情况下，因为串扰的影响不同，也存在测定距离不同的情况。即，二个光入射距离传感器中，即使是测定距离应该相同的情况下，根据相同相位的传送信号存储信号电荷的各信号电荷存储区域彼此的配置由于是否是另一方的光入射距离传感器侧而相互不同的情况下，测定距离根据距离传感器而能够不同。

本发明人们着眼于自己发现的这些事实，进一步对在一维方向上相邻的距离传感器彼此中电荷的串扰对距离测量的影响相同的结构进行认真研究，直至想到本发明。

本发明的一个方式所涉及的距离图像传感器，是在一维方向上配置有多个距离传感器的距离图像传感器，多个距离传感器分别包括：电荷产生区域，根据入射光产生电荷；第一和第二信号电荷存储区域，在电荷产生区域的一维方向的一方侧与电荷产生区域隔开并且沿着与一维方向正交的方向彼此隔开而配置，存储作为信号电荷的在电荷产生区域产生的电荷；第三信号电荷存储区域，在电荷产生区域的一维方向的另一方侧与电荷产生区域隔开并且在一维方向上隔着电荷产生区域而与第一信号电荷存储区域相对地配置，存储作为信号电荷的在电荷产生区域产生的电荷；第四信号电荷存储区域，在电荷产生区域的一维方向的另一方侧与电荷产生区域隔开并且在一维方向上隔着电荷产生区域而与第二信号电荷存储区域相对地配置，存储作为信号电荷的在电荷产生区域产生的电荷；二个第一传送电极，分别配置在第一和第四信号电荷存储区域与电荷产生区域之间，根据第一传送信号使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入第一和第四信号电荷存储区域；和二个第二传送电极，分别配置在第二和第三信号电荷存储区域与电荷产生区域之间，根据相位与第一传送信号不同的第二传送信号使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入第二和第三信号电荷存储区域，在一维方向上相邻的任意二个距离传感器中，第一信号电荷存储区域和第四信号电荷存储区域在一维方向上相邻，并且第二信号电荷存储区域和第三信号电荷存储区域在一维方向上相邻。

在本方式中，多个距离传感器在一维方向上配置。多个距离传感器分别在电荷产生区域的一维方向的一方侧具有第一和第二信号电荷存储区域，并且在电荷产生区域的另一方侧具有第三和第四信号电荷存储区域。第一和第四信号电荷存储区域存储根据第一传送信号流入的信号电荷。第二和第三信号电荷存储区域存储根据第二传送信号流入的信号电荷。即，多个距离传感器的各个中，存储根据第一传送信号流入的信号电荷的信号电荷存储区域分别配置于电荷产生区域的一维方向的两侧，并且存储根据第二传送信号流入的信号电荷的信号电荷存储区域分别配置于电荷产生区域的一维方向的两侧。因此，在多个距离传感器的各个中，从其它距离传感器漏入的电荷平衡性良好地分配至存储根据第一传送信号流入的信号电荷的信号电荷存储区域和存储根据第二传送信号流入的信号电荷的信号电荷存储区域。由此，在一维方向上相邻的距离传感器彼此中电荷的串扰对距离测量的影响成为相同。

在本方式中，也可以还包括：多个不需要电荷收集区域，在电荷产生区域的一维方向的一方侧和另一方侧与电荷产生区域隔开而配置，收集作为不需要电荷的在电荷产生区域产生的电荷；和多个第三传送电极，分别配置在多个不需要电荷收集区域与电荷产生区域之间，根据相位与第一和第二传送信号不同的第三传送信号使在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷流入多个不需要电荷收集区域。在此情况下，由于能够将不需要电荷向外部排出，因此能够提高距离的测定精度。

在本方式中，也可以还包括：多个不需要电荷收集区域，在与一维方向正交的方向上夹着电荷产生区域并且与电荷产生区域隔开而配置，收集作为不需要电荷的在电荷产生区域产生的电荷；和多个第三传送电极，分别配置在多个不需要电荷收集区域与电荷产生区域之间，根据相位与第一和第二传送信号不同的第三传送信号使在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷流入多个不需要电荷收集区域。此时，能够将不需要电荷向外部排出，因此能够提高距离的测定精度。

发明的效果

根据本发明的上述一个方式，能够提供一种距离图像传感器，其是电荷分配型的距离图像传感器，在一维方向上相邻的距离传感器彼此中电荷的串扰对距离测量的影响成为相同。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的距离图像传感器的结构图。

图2是表示图1的距离图像传感器中的摄像区域的一部分的概略平面图。

图3是表示沿着图2中的III-III线的截面结构的图。

图4是表示沿着图2中的IV-IV线的截面结构的图。

图5是表示沿着图2中的V-V线的截面结构的图。

图6是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。

图7是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。

图8是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。

图9是各种信号的时序图。

图10是摄像器件的整体的截面图。

图11是各种信号的时序图。

图12是表示距离图像测定装置的整体结构的图。

图13是说明现有的距离图像传感器中的电荷的漏入的图。

图14是表示构成变形例所涉及的距离图像传感器的摄像区域的像素的概略平面图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。另外，在说明中，对相同元素或具有相同功能的元素标注相同符号，省略重复的说明。

图1是本实施方式所涉及的距离图像传感器的结构图。

距离图像传感器RS是成为在一维方向A上配置有多个距离传感器P₁～P_N(N为2以上的自然数)的阵列构造的线传感器。多个距离传感器P₁～P_N分别各一个或两个以上地构成距离图像传感器RS的一个像素。本实施方式中，多个距离传感器P₁～P_N分别各一个地构成距离图像传感器RS的一个像素。

图2是表示图1的距离图像传感器中的摄像区域的一部分的概略平面图。图3是表示沿着图2中的III-III线的截面结构的图。图4是表示沿着图2中的IV-IV线的截面结构的图。图5是表示沿着图2的V-V线的截面结构的图。图2～5中，特别是表示相邻的二个距离传感器P_n、P_n+1(n为N-1以下的自然数)。

距离图像传感器RS是表面入射型的距离图像传感器，包括具有彼此相对的第一和第二主面1a、1b的半导体基板1。第二主面1b是光入射面。距离图像传感器RS在作为光入射面的第二主面1b的前方具有遮光层LI。在遮光层LI，在与多个距离传感器P₁～P_N对应的区域的各个，在一维方向A上形成有开口LIa。开口LIa呈现矩形形状。本实施方式中，开口LIa呈现长方形形状。光通过遮光层LI的开口LIa而入射至半导体基板1。由此，利用开口LIa，在半导体基板1规定受光区域。遮光层LI例如由铝等金属构成。

半导体基板1由位于第一主面1a侧的p型的第一半导体区域3和杂质浓度比第一半导体区域3低且位于第二主面1b侧的p^-型的第二半导体区域5构成。半导体基板1例如能够通过在p型的半导体基板上使杂质浓度比该半导体基板低的p^-型的外延层生长而得到。在半导体基板1的第二主面1b(第二半导体区域5)上形成有绝缘层7。

在绝缘层7上，多个距离传感器P₁～P_N在一维方向A上配置。多个距离传感器P₁～P_N分别包括光栅(photo gate)电极PG、第一信号电荷存储区域FD1、第二信号电荷存储区域FD2、第三信号电荷存储区域FD3、第四信号电荷存储区域FD4、二个第一传送电极TX1、二个第二传送电极TX2、四个不需要电荷收集区域11a～11d、四个第三传送电极TX3和p型的阱区域W。另外，在图2中，省略在第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4上配置的导体13(参照图3～图5)而进行表示。

光栅电极PG与开口LIa对应地配置。半导体基板1(第二半导体区域5)中的与光栅电极PG对应的区域(在图3～图5中，位于光栅电极PG的下方的区域)，作为根据入射光产生电荷的电荷产生区域而发挥功能。光栅电极PG与开口LIa的形状也对应，在俯视时呈现矩形形状。在本实施方式中，光栅电极PG与开口LIa同样地呈现长方形形状。即，光栅电极PG具有具备与一维方向A正交且彼此相对的第一和第二长边L1、L2以及与一维方向A平行且彼此相对的第一和第二短边S1、S2的平面形状。光栅电极PG在一维方向A的一方侧具有第一长边L1，在一维方向A的另一方侧具有第二长边L2。

第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2在光栅电极PG的第一长边L1侧(一维方向A的一方侧)与光栅电极PG隔开并且沿着与一维方向A正交的方向彼此隔开而配置。第三和第四信号电荷存储区域FD3、FD4在光栅电极PG的第二长边L2侧(一维方向A的另一方侧)与光栅电极PG隔开并且沿着与一维方向A正交的方向彼此隔开而配置。

即，第三信号电荷存储区域FD3在一维方向A上隔着光栅电极PG而与第一信号电荷存储区域FD1相对地配置。第四信号电荷存储区域FD4在一维方向A上隔着光栅电极PG而与第二信号电荷存储区域FD2相对地配置。第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4是在第二半导体区域5形成的杂质浓度高的n型的半导体区域，将在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷来存储。

不需要电荷收集区域11a、11b在光栅电极PG的第一长边L1侧与光栅电极PG隔开并且沿着与一维方向A正交的方向夹着第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2而彼此相对地配置。沿着与一维方向A正交的方向，不需要电荷收集区域11a与第一信号电荷存储区域FD1相邻，不需要电荷收集区域11b与第二信号电荷存储区域FD2相邻。

不需要电荷收集区域11c、11d在光栅电极PG的第二长边L2侧与光栅电极PG隔开并且沿着与一维方向A正交的方向夹着第三和第四信号电荷存储区域FD3、FD4而彼此相对地配置。沿着与一维方向A正交的方向，不需要电荷收集区域11c与第三信号电荷存储区域FD3相邻，不需要电荷收集区域11d与第四信号电荷存储区域FD4相邻。不需要电荷收集区域11a、11c在一维方向A上夹着光栅电极PG而彼此相对地配置。不需要电荷收集区域11b、11d在一维方向A上夹着光栅电极PG而彼此相对地配置。

不需要电荷收集区域11a～11d是在第二半导体区域5形成的杂质浓度高的n型的半导体区域，将在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷来收集。

阱区域W，在从与第二主面1b正交的方向看，以包围光栅电极PG、第一和第二传送电极TX1、TX2和第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4的方式形成于第二半导体区域5。阱区域W，在从与第二主面1b正交的方向看，与第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4各自的一部分重叠。阱区域W的外缘与多个距离传感器P₁～P_N的外缘大致一致。阱区域W为与第二半导体区域5的导电类型相同的导电类型，具有比第二半导体区域5的杂质浓度高的杂质浓度。阱区域W抑制由于对光栅电极PG的电压的施加而扩展的耗尽层和从第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4扩展的耗尽层的结合。由此抑制串扰。

第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2以及不需要电荷收集区域11a、11b在光栅电极PG的第一长边L1侧，沿着与一维方向A正交的方向彼此隔开而配置。第三和第四信号电荷存储区域FD3、FD4以及不需要电荷收集区域11c、11d在光栅电极PG的第二长边L2侧，沿着与一维方向A正交的方向彼此隔开而配置。第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4和不需要电荷收集区域11a～11d在俯视时呈现矩形形状。在本实施方式中，第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4和不需要电荷收集区域11a～11d在俯视时呈现正方形形状，成为彼此相同形状。

距离传感器P_n和距离传感器P_n+1，一方配置为第偶数个，另一方配置为第奇数个。即，在距离图像传感器RS中，距离传感器P_n和距离传感器P_n+1在一维方向A上交替地配置。

距离传感器P_n和距离传感器P_n+1的不同点仅在于第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4和不需要电荷收集区域11a～11d的排列顺序、以及第一～第三传送电极TX1～TX3的排列顺序不同。即，在光栅电极PG的第一长边L1侧，距离传感器P_n中，不需要电荷收集区域11a、第一信号电荷存储区域FD1、第二信号电荷存储区域FD2和不需要电荷收集区域11b按该顺序从第一短边S1侧起配置，与此相对，距离传感器P_n+1中，按该顺序从第二短边S2侧起配置。在光栅电极PG的长边L2侧，距离传感器P_n中，不需要电荷收集区域11c、第三信号电荷存储区域FD3、第四信号电荷存储区域FD4和不需要电荷收集区域11d按该顺序从第一短边S1侧起配置，与此相对，距离传感器P_n+1中，按该顺序从第二短边S2侧起配置。

在光栅电极PG的第一长边L1侧，距离传感器P_n中，第三传送电极TX3、第一传送电极TX1、第二传送电极TX2和第三传送电极TX3按照该顺序从第一短边S1侧起配置，与此相对，距离传感器P_n+1中，按照该顺序从第二短边S2侧起配置。在光栅电极PG的长边L2侧，距离传感器P_n中，第三传送电极TX3、第二传送电极TX2、第一传送电极TX1和第三传送电极TX3按照该顺序从第一短边S1侧起配置，与此相对，距离传感器P_n+1中，按照该顺序从第二短边S2侧起配置。

距离传感器P_n的第四信号电荷存储区域FD4和距离传感器P_n+1的第一信号电荷存储区域FD1在一维方向A上相邻。距离传感器P_n的第三信号电荷存储区域FD3和距离传感器P_n+1的第二信号电荷存储区域FD2在一维方向A上相邻。这样，距离图像传感器RS中，在一维方向A上相邻的二个距离传感器P_n和距离传感器P_n+1中，第一信号电荷存储区域FD1和第四信号电荷存储区域FD4在一维方向A上相邻，并且第二信号电荷存储区域FD2和第三信号电荷存储区域FD3在一维方向A上相邻。

本实施方式中，“杂质浓度高”是指例如杂质浓度为1×10¹⁷cm^-3左右以上，对导电类型标注“+”进行表示。另一方面，“杂质浓度低”是指例如为10×10¹⁵cm^-3左右以下，对导电类型标注“-”进行表示。

各半导体区域的厚度/杂质浓度如以下所述。

第一半导体区域3：厚度10～1000μm/杂质浓度1×10¹²～10¹⁹cm^-3

第二半导体区域5：厚度1～50μm/杂质浓度1×10¹²～10¹⁵cm^-3

第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4、不需要电荷收集区域11a～11d：厚度0.1～1μm/杂质浓度1×10¹⁸～10²⁰cm^-3

阱区域W：厚度0.5～5μm/杂质浓度1×10¹⁶～10¹⁸cm^-3

对半导体基板1(第一和第二半导体区域3、5)，经由背栅(back gate)或贯通电极等赋予接地电位等基准电位。

第一传送电极TX1在绝缘层7上，分别配置在第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4与光栅电极PG之间。第一传送电极TX1与第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4以及光栅电极PG分别分离而配置。第一传送电极TX1根据第一传送信号S₁(参照图9)使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4。

第二传送电极TX2在绝缘层7上，分别配置于第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3与光栅电极PG之间。第二传送电极TX2与第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3以及光栅电极PG分别分离而配置。第二传送电极TX2根据相位与第一传送信号S₁不同的第二传送信号S₂(参照图9)使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3。

第三传送电极TX3在绝缘层7上，分别配置在不需要电荷收集区域11a～11d与光栅电极PG之间。第三传送电极TX3与不需要电荷收集区域11a～11d和光栅电极PG分别分离而配置。第三传送电极TX3根据相位与第一传送信号S₁和第二传送信号S₂不同的第三传送信号S₃(参照图9)使在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷流入不需要电荷收集区域11a～11d。

第一～第三传送电极TX1～TX3在光栅电极PG的第一长边L1侧和第二长边L2侧，沿着与一维方向A正交的方向彼此隔开而配置。第一～第三传送电极TX1～TX3在俯视时呈现矩形形状。本实施方式中，第一～第三传送电极TX1～TX3呈现以与一维方向A正交的方向为长边的长方形形状，成为彼此相同形状。第一～第三传送电极TX1～TX3的长边的长度例如与将光栅电极PG的第一长边L1四等分后的长度大致相等。

在绝缘层7，设置有用于使第二半导体区域5的表面露出的接触孔。在接触孔内配置有用于将第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4和不需要电荷收集区域11a～11d与外部连接的导体13。

半导体基板由Si构成，绝缘层7由SiO₂构成，光栅电极PG和第一～第三传送电极TX1～TX3由多晶硅构成，但它们也可以使用其它材料。

施加于第一传送电极TX1的第一传送信号S₁的相位和施加于第二传送电极TX2的第二传送信号S₂的相位错开180度。分别入射至多个距离传感器P₁～P_N的光在半导体基板1(第二半导体区域5)内转换为电荷。这样产生的电荷中的一部分作为信号电荷，依据由施加于光栅电极PG以及第一和第二传送电极TX1、TX2的电压形成的电势梯度，向第一传送电极TX1或第二传送电极TX2的方向、即与光栅电极PG的第一和第二短边S1、S2平行的方向行进。

当对第一或第二传送电极TX1、TX2赋予正电位时，第一或第二传送电极TX1、TX2之下的电势与光栅电极PG之下的部分的半导体基板1(第二半导体区域5)的电势相比，相对于电子变低，负电荷(电子)向第一或第二传送电极TX1、TX2的方向被引入，被存储于由第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4形成的电势阱内。n型的半导体包括离子化为正的掺杂物，具有正的电势，吸引电子。当对第一或第二传送电极TX1、TX2赋予比上述正电位低的电位(例如接地电位)时，产生第一或第二传送电极TX1、TX2的势垒，在半导体基板1产生的电荷不会被引入到第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4。

由于光分别入射至多个距离传感器P₁～P_N而产生的电荷中的一部分作为不需要电荷，依据由施加于光栅电极PG和第三传送电极TX3的电压形成的电势梯度，向第三传送电极TX3的方向行进。

当对第三传送电极TX3赋予正电位时，第三传送电极TX3之下的电势与光栅电极PG之下的部分的半导体基板1(第二半导体区域5)的电势相比，相对于电子变低，负电荷(电子)向第三传送电极TX3的方向被引入，被收集在由不需要电荷收集区域11a～11d形成的电势阱内。当对第三传送电极TX3赋予比上述正电位低的电位(例如接地电位)时，产生第三传送电极TX3的势垒，在半导体基板1产生的电荷不会被引入到不需要电荷收集区域11a～11d。

图6是表示沿着图2的III-III线的半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。图7是表示沿着图2的IV-IV线的半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。图8是表示沿着图2的V-V线的半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。图6～8中，向下为电势的正方向。图6(a)、(b)、图7(a)、(b)和图8(a)是用于说明信号电荷的存储动作的图。图6(c)、图7(c)和图8(b)是用于说明不需要电荷的排出动作的图。

图6～8中表示第一传送电极TX1的正下方的区域的电势φ_TX1、第二传送电极TX2的正下方的区域的电势φ_TX2、第三传送电极TX3的正下方的区域的电势φ_TX3、光栅电极PG的正下方的电荷产生区域的电势φ_PG、第一信号电荷存储区域FD1的电势φ_FD1、第二信号电荷存储区域FD2的电势φ_FD2、第三信号电荷存储区域FD3的电势φ_FD3、第四信号电荷存储区域FD4的电势φ_FD4、不需要电荷收集区域11a的电势φ_OFDa、不需要电荷收集区域11c的电势φ_OFDb、不需要电荷收集区域11c的电势φ_OFDc、以及不需要电荷收集区域11c的电势φ_OFDd。

光栅电极PG的正下方的区域(电荷产生区域)的电势φ_PG，在以无偏置时的邻接的第一～第三传送电极TX1～TX3正下方的区域的电势(φ_TX1、φ_TX2、φ_TX3)为基准电位时，设定得比该基准电位高。该电荷产生区域的电势φ_PG比电势φ_TX1、φ_TX2、φ_TX3高，电势分布在电荷产生区域中成为附图中的向下凹陷的形状。

参照图6(a)、(b)、图7(a)、(b)和图8(a)，说明信号电荷的存储动作。

施加于第一传送电极TX1的第一传送信号S₁的相位为0度时，对第一传送电极TX1赋予正的电位。对第二传送电极TX2赋予逆相的电位、即相位为180度的电位(例如接地电位)。对光栅电极PG赋予处于赋予第一传送电极TX1的电位与赋予第二传送电极TX2的电位之间的电位。此时，如图6(a)和图7(a)所示，在电荷产生区域产生的负电荷e，由于第一传送电极TX1正下方的半导体的电势φ_TX1比电荷产生区域的电势φ_PG低，流入第一信号电荷存储区域FD1和第四信号电荷存储区域FD4的电势阱内。

另一方面，第二传送电极TX2正下方的半导体的电势φ_TX2不下降，电荷不流入第二信号电荷存储区域FD2和第三信号电荷存储区域FD3的电势阱内。由此，信号电荷被第一信号电荷存储区域FD1和第四信号电荷存储区域FD4的电势阱收集而被存储。第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4中，添加有n型的杂质，因此电势在正方向上凹陷。

施加于第二传送电极TX2的第二传送信号S₂的相位为0度时，对第二传送电极TX2赋予正的电位，对第一传送电极TX1赋予逆相的电位、即相位为180度的电位(例如接地电位)。对光栅电极PG赋予处于赋予第一传送电极TX1的电位与赋予第二传送电极TX2的电位之间的电位。此时，如图6(b)和图7(b)所示，在电荷产生区域产生的负电荷e，由于第二传送电极TX2正下方的半导体的电势φ_TX2比电荷产生区域的电势φ_PG低，流入第二信号电荷存储区域FD2和第三信号电荷存储区域FD3的电势阱内。

另一方面，第一传送电极TX1正下方的半导体的电势φ_TX1不下降，电荷不流入第一信号电荷存储区域FD1和第四信号电荷存储区域FD4的电势阱内。由此，信号电荷被第二信号电荷存储区域FD2和第三信号电荷存储区域FD3的电势阱收集而被存储。

在对第一和第二传送电极TX1、TX2施加相位错开180度的第一和第二传送信号S₁、S₂的期间，对第三传送电极TX3赋予接地电位。因此，如图8(a)所示，第三传送电极TX3正下方的半导体的电势φTX3不下降，电荷不流入不需要电荷收集区域11a～11d的电势阱内。

如上所述，信号电荷被收集在第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4的电势阱中而被存储。在第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4的电势阱中存储的信号电荷能够向外部被读出。

参照图6(c)、图7(c)和图8(b)，说明不需要电荷的排出动作。

对第一和第二传送电极TX1、TX2赋予接地电位。因此，如图6(c)和图7(c)所示，第一和第二传送电极TX1、TX2正下方的半导体的电势不下降，电荷不流入第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4的电势阱内。另一方面，对第三传送电极TX3赋予正的电位。此时，如图8(b)所示，在电荷产生区域产生的负电荷e，由于第三传送电极TX3正下方的半导体的电势比电荷产生区域的电势低，流入不需要电荷收集区域11a～11d的电势阱内。如上所述，不需要电荷被不需要电荷收集区域11a～11d的电势阱收集。在不需要电荷收集区域11a～11d的电势阱中收集的不需要电荷能够向外部排出。即，不需要电荷收集区域11a～11d也作为不需要电荷排出区域(不需要电荷排出漏极)而发挥作用。不需要电荷收集区域11a～11d例如与固定电位连接。

图9是各种信号的时序图。

表示下述的光源LS(参照图12)的驱动信号S_D、从光源LS出射的光照射到对象物OJ(参照图12)并回到至摄像区域时的反射光的强度信号L_P、施加于第一传送电极TX1的第一传送信号S₁和施加于第二传送电极TX2的第二传送信号S₂。第一传送信号S₁与驱动信号S_D同步，因此反射光的强度信号L_P相对于第一传送信号S₁的相位是光的飞行时间，这表示从距离图像传感器RS到对象物OJ的距离。

反射光的强度信号L_P和施加于第一传送电极TX1的第一传送信号S₁的重叠部分，相当于在第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4中分别存储的电荷量的总和即电荷量Q₁。反射光的强度信号L_P和施加于第二传送电极TX2的第二传送信号S₂的重叠部分相当于在第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3中分别存储的电荷量的总和即电荷量Q₂。此处，在施加第一和第二传送信号S₁、S₂时，使用在第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4收集的电荷量Q₁、Q₂的比率，运算距离d(参照图12)。即，当驱动信号S_D的1个脉冲宽度为T_P时，距离d＝(c/2)×(T_P×Q₂/(Q₁+Q₂))而被赋予。其中，c是光速。

图10是摄像器件的整体的截面图。

摄像器件IM具有距离图像传感器RS和配线基板WB。距离图像传感器RS在使半导体基板1的第一主面1a侧与配线基板WB相对的状态下，经由粘结区域FL而贴合于配线基板WB。粘结区域FL具有绝缘性的粘接剂或填料。

图11是实际的各种信号的时序图。

1帧的期间T_F由存储信号电荷的期间(存储期间)T_acc和读出信号电荷的期间(读出期间)T_ro构成。着眼于1个像素时，在存储期间T_acc中，具有多个脉冲的驱动信号S_D施加于光源LS(参照图12)，与此同步地，第一和第二传送信号S₁、S₂以彼此相反的相位施加于第一和第二传送电极TX1、TX2。另外，在距离测定之前，重置信号reset施加于第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4，在内部存储的电荷被排出到外部。在本例中，重置信号reset一瞬开启(ON)，接着关断(OFF)，之后，多个驱动信号S_D被逐次施加，进而与此同步地逐次地进行电荷传送，在第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4中信号电荷被累积而存储。

之后，在读出期间T_ro中，在第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4内存储的信号电荷被读出。此时，使施加于第三传送电极TX3的第三传送信号S₃开启(ON)，对第三传送电极TX3赋予正的电位，不需要电荷被收集于不需要电荷收集区域11a～11d的电势阱中。

图12是表示距离图像测定装置的整体结构的图。

到对象物OJ的距离d由距离图像测定装置测定。如上所述，对激光照射装置和LED等光源LS施加驱动信号S_D，由对象物OJ反射的反射光像的强度信号L_P入射至距离图像传感器RS的电荷产生区域。从距离图像传感器RS按每个像素输出与第一和第二传送信号S₁、S₂同步地收集的电荷量Q₁、Q₂，与驱动信号S_D同步地输入到运算电路ART。在运算电路ART，如上所述按每个像素运算距离d，将运算结果传送至控制部CONT。控制部CONT控制驱动光源LS的驱动电路DRV，并且输出第一～第三传送信号S₁～S₃，从运算电路ART输入的运算结果显示于显示器DSP中。

对以上述方式构成的距离图像传感器RS的作用和效果进行说明。此处，与现有的距离图像传感器进行比较来说明距离图像传感器RS的作用和效果。

图13是说明现有的距离图像传感器的电荷的漏入的图。

现有的距离图像传感器中，在一维方向上配置的多个距离传感器R₁～R_N各自在光栅电极PG的一维方向的一方侧具有第一信号电荷存储区域FD1和第一传送电极TX1，并且在光栅电极PG的一维方向的另一方侧具有第二信号电荷存储区域FD2和第二传送电极TX2。即，多个距离传感器R₁～R_N在电荷的分配方向上一维配置。相邻的二个距离传感器R_n、R_n+1中，第一信号电荷存储区域FD1和第二信号电荷存储区域FD2在一维方向上相邻。现有的距离图像传感器还具有p型的阱区域W。阱区域W在从与第二主面1b正交的方向看，以包围光栅电极PG、第一和第二传送电极TX1、TX2以及第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2的方式形成于第二半导体区域5。阱区域W在从与第二主面1b正交的方向看，与第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2各自的一部分重叠。阱区域W的外缘与多个距离传感器R₁～R_N的外缘大致一致。

在这样的距离图像传感器中，例如当光入射至距离传感器R_n时，距离传感器R_n中与入射光对应地产生电荷。产生的电荷依据第一和第二传送信号S₁、S₂，分配至距离传感器R_n的第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2。此时电荷的一部分漏入至其它距离传感器R的第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2。漏入量根据其它距离传感器R中的第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2的配置是否是距离传感器R_n侧而大幅不同。

在距离传感器R_n+1中，第一信号电荷存储区域FD1配置在距离传感器R_n侧，第二信号电荷存储区域FD2配置在距离传感器R_n的相反侧。因此，电荷从距离传感器R_n漏入至距离传感器R_n+1时，向第一信号电荷存储区域FD1的漏入量B％比向第二信号电荷存储区域FD2的漏入量A％大。同样，光入射至距离传感器R_n+1，电荷从距离传感器R_n+1漏入至距离传感器R_n时，在距离传感器R_n中，在距离传感器R_n+1侧配置有第二信号电荷存储区域FD2，因此向第二信号电荷存储区域FD2的漏入量D％比向第一信号电荷存储区域FD1的漏入量C％大。

在距离传感器R_n、R_n+1中，由第一传送电极TX1分配至第一信号电荷存储区域FD1的电荷量和由第二传送电极TX2分配至第二信号电荷存储区域FD2的电荷量的比相同时，测定的距离在距离传感器R_n和距离传感器R_n+1中应该相同。但是，如上所述，在距离传感器R_n、R_n+1中彼此漏入电荷，由此在第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2中分别存储的电荷量在距离传感器R_n与距离传感器R_n+1中不同。因此，存在测定的距离在距离传感器R_n与距离传感器R_n+1中不同的情况。

与此相对，本实施方式所涉及的距离图像传感器RS中，多个距离传感器P₁～P_N在一维方向A上配置，多个距离传感器P₁～P_N分别在光栅电极PG的一维方向A的一方侧具有第一和第二信号电荷存储区域FD1、FD2，并且在光栅电极PG的另一方侧具有第三和第四信号电荷存储区域FD3、FD4。第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4中存储根据第一传送信号S₁流入的信号电荷。第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3中存储根据第二传送信号S₂流入的信号电荷。即，在多个距离传感器P₁～P_N的各个中，存储根据第一传送信号S₁流入的信号电荷的第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4分别配置在电荷产生区域的一维方向A的两侧，并且存储根据第二传送信号S₂流入的信号电荷的第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3分别配置在电荷产生区域的一维方向A的两侧。因此，在多个距离传感器P₁～P_N的各个中，从其它距离传感器漏入的电荷平衡性良好地分配至存储根据第一传送信号S₁流入的信号电荷的第一和第四信号电荷存储区域FD1、FD4以及存储根据第二传送信号S₂流入的信号电荷的第二和第三信号电荷存储区域FD2、FD3。由此，在一维方向A上相邻的距离传感器各自中，电荷的串扰对距离测量的影响成为相同。

距离图像传感器RS还具有：将在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷收集的不需要电荷收集区域11a～11d；以及根据相位与第一和第二传送信号S₁、S₂不同的第三传送信号S₃使在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷流入不需要电荷收集区域11a～11d的第三传送电极TX3。因此，能够将不需要电荷向外部排出，因此能够提高距离的测定精度。

多个距离传感器P₁～P_N的各个中，第一和第二传送电极TX1、TX2在一维方向A上夹着光栅电极PG而彼此相对地配置。即，多个距离传感器P₁～P_N的各个中，第一和第二传送电极TX1、TX2在与一维方向A正交的方向上没有偏置地配置。因此，即使是在假设光仅入射至光栅电极PG的与一维方向A正交的方向上的一部分，在电荷产生区域内产生的电荷量在与一维方向A正交的方向上发生偏差的情况下，分配至第一和第二传送电极TX1、TX2的电荷量也不易发生偏差。其结果，测定距离的精度提高。

本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，不需要电荷收集区域11a～11d和第三传送电极TX3配置在光栅电极PG的第一长边L1侧或第二长边L2侧，但并不限定于此。

图14是表示构成变形例所涉及的距离图像传感器的摄像区域的像素的概略平面图。

如该图所示，变形例所涉及的距离图像传感器RS与实施方式所涉及的距离图像传感器RS主要的不同点在于，多个距离传感器P₁～P_N的各个中，代替在第一长边L1侧和第二长边L2侧配置的不需要电荷收集区域11a～11d而逐一地具备在第一短边S1侧和第二短边S2侧配置的不需要电荷收集区域11e、11f，代替在第一长边L1侧和第二长边L2侧配置的四个第三传送电极TX3而具有在第一短边S1侧和第二短边S2侧配置的二个第三传送电极TX3。

不需要电荷收集区域11e在光栅电极PG的第一短边S1侧与光栅电极PG隔开而配置。不需要电荷收集区域11f在光栅电极PG的第二短边S2侧与光栅电极PG隔开而配置。即，不需要电荷收集区域11e、11f在与一维方向A正交的方向上夹着光栅电极PG并且与光栅电极PG隔开而配置。不需要电荷收集区域11e、11f在俯视时呈现矩形形状。此处，呈现长方形形状，彼此为相同形状，在一维方向A具有平行的长边。第一～第四信号电荷存储区域FD1～FD4在俯视时呈现长方形形状，彼此为相同形状，在与一维方向A正交的方向上具前平行的长边。

第三传送电极TX3分别配置在不需要电荷收集区域11e、11f与光栅电极PG之间。第三传送电极TX3与不需要电荷收集区域11e、11f和光栅电极PG分别分离而配置。此处，第三传送电极TX3在俯视时呈现长方形形状，彼此为相同形状，在一维方向A上具有平行的长边。该长边的长度例如与光栅电极PG的第一和第二短边S1、S2的长度分别相等。第一和第二传送电极TX1、TX2的长边的长度例如与将光栅电极PG的第一和第二长边L1、L2的长度分别2等分后的长度大致相等。

这样构成的距离图像传感器RS也能够得到与图2的距离图像传感器RS同样的作用和效果。另外，除了在光栅电极PG的第一长边L1侧和第二长边L2侧配置不需要电荷收集区域11a～11d和第三传送电极TX3之外，也可以还在光栅电极PG的第一短边S1侧或第二短边S2侧配置不需要电荷收集区域11e、11f和第三传送电极TX3。

不需要电荷收集区域的数量不限于四个或二个而能够适当设定，也可以不具备。不需要电荷收集区域的配置例如可以在第一和第二传送电极TX1、TX2之间，能够适当配置。

距离图像传感器RS是多个距离传感器P₁～P_N分别被一维地配置的线传感器，但也可以二维地配置。此时，能够容易地得到二维图像。另外，通过使线传感器旋转，或通过使用2个线传感器进行扫描也能够得到二维图像。

距离图像传感器RS不限于表面入射型的距离图像传感器。距离图像传感器RS也可以是背面入射型的距离图像传感器。

根据入射光产生电荷的电荷产生区域可以由光电二极管(例如埋入型的光电二极管等)构成。

本实施方式所涉及的距离图像传感器RS中的p型和n型的各导电类型也可以与以上说明的情况相反地进行替换。

工业上的可利用性

本发明能够用于电荷分配型的距离图像传感器。

符号的说明

11a～11f……不需要电荷收集区域，A……一维方向，FD1……第一信号电荷存储区域，FD2……第二信号电荷存储区域，FD3……第三信号电荷存储区域，FD4……第四信号电荷存储区域，P₁～P_N……距离传感器，PG……光栅电极，RS……距离图像传感器，S₁……第一传送信号，S₂……第二传送信号，S₃……第三传送信号，TX1……第一传送电极，TX2……第二传送电极，TX3……第三传送电极。