距离传感器及距离图像传感器的制作方法

本发明涉及距离传感器及距离图像传感器。

背景技术：

已知有具备硅基板和传送电极的距离传感器(距离图像传感器)(例如，参照专利文献1)。硅基板具有相互相对的第一主面和第二主面。在硅基板的第一主面侧，根据入射光产生电荷的电荷产生区域和收集来自电荷产生区域的电荷的电荷收集区域设置于第一主面侧。传送电极在第一主面上配置于电荷产生区域和电荷收集区域之间。传送电极根据输入的信号从电荷产生区域使电荷流入电荷收集区域。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2007-526448号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在专利文献1所述的距离传感器(距离图像传感器)中，在紫外的波长范围内的分光灵敏度特性中存在改善的余地。

本发明的一个方式的目的在于，提供实现紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高的距离传感器及距离图像传感器。

解决问题的技术手段

本发明的一个方式为距离传感器，具备硅基板和传送电极。硅基板具有相互相对的第一主面和第二主面。在硅基板的第一主面侧，在第一主面侧设置有根据入射光产生电荷的电荷产生区域和收集来自电荷产生区域的电荷的电荷收集区域。传送电极在第一主面上配置于电荷产生区域和电荷收集区域之间。传送电极根据输入的信号，从电荷产生区域使电荷流入电荷收集区域。在第二主面的至少与电荷产生区域对应的区域形成有多个凸部。多个凸部具有相对于硅基板的厚度方向倾斜的斜面。在凸部中，硅基板的(111)面作为斜面露出。凸部的高度为200nm以上。

在本一个方式所涉及的距离传感器中，形成于第二主面的多个凸部具有相对于硅基板的厚度方向倾斜的斜面。在光从第二主面入射于硅基板的情况下，一部分的光在距离传感器的第二主面侧反射。斜面相对于硅基板的厚度方向倾斜。因此，例如，在一个凸部的斜面侧反射的光朝向与该一个凸部接近的凸部的斜面侧，从接近的凸部的斜面入射于硅基板。

在凸部中，因为硅基板的(111)面作为斜面露出，所以从斜面入射于硅基板的光容易进入硅基板。因为凸部的高度为200nm以上，所以斜面的表面积大。因此，入射于斜面的光大多进入硅基板。

紫外的波长区域的光的由硅引起的吸收系数大。因此，紫外的波长区域的光在硅基板的靠近第二主面的区域被吸收。在本一个方式所涉及的距离传感器中，硅基板的(111)面在形成于硅基板的凸部露出。其结果，不会阻碍靠近第二主面的区域内的光的吸收。

由于以上的理由，在本一个方式所涉及的距离传感器中，实现紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高。

本一个方式所涉及的距离传感器也可以还具备配置于第二主面上，使入射光透过的氧化硅膜。该情况下，因为氧化硅膜作为反射防止膜起作用，因此，光通过硅基板更容易进入。因此，在本方式中，紫外的波长范围内的分光灵敏度特性进一步提高。

本一个方式所涉及的距离传感器也可以还具备配置于第二主面上，使入射光透过的氧化铝膜。该情况下，通过氧化铝膜使规定的极性的固定电荷存在于硅基板的光入射面侧。规定的极性的固定电荷存在的硅基板的第二主面侧的区域作为累积层起作用。

利用累积层，在第二主面侧不取决于光而产生的不需要电荷被再结合，因而暗电流降低。累积层抑制在硅基板的第二主面附近由光而产生的载流子被该第二主面捕获。因此，由光产生的电荷有效地向硅基板的第一主面侧移动。这些结果，根据本方式，实现光检测灵敏度的提高。

硅基板也可以具有设置有电荷产生区域和电荷收集区域的第一基板区域和杂质浓度比第一基板区域高且设置于第二主面侧的第二基板区域。该情况下，凸部的斜面也可以包含于第二基板区域的表面。根据本方式，第二基板区域作为累积层起作用。因此，如上所述，实现光检测灵敏度的提高。

传送电极也可以呈环状，配置为从与第一主面正交的方向看包围电荷收集区域。该情况下，因为从传送电极的外侧向位于传送电极的内侧的电荷收集区域传送电荷，所以电荷收集区域收集较多的电荷。其结果，在本方式中，得到s/n比良好的距离输出。

本一个方式所涉及的距离传感器也可以还具备膜，所述膜配置于第二主面上，使入射光透过并且包含硼。该情况下，在距离传感器中，抑制紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的劣化。

本发明的一个方式所涉及的距离图像传感器具备设置有由配置成一维状或二维状的多个单元构成的摄像区域的硅基板。单元分别为上述距离传感器。

在本一个方式所涉及的距离图像传感器中，如上所述，实现紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高。

发明的效果

根据本发明的一个方式，提供了实现紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高的距离传感器及距离图像传感器。

附图说明

图1是表示测距装置的结构的说明图。

图2是表示距离图像传感器的截面结构的图。

图3是距离图像传感器的概略俯视图。

图4是表示各像素的截面结构的图。

图5是各种信号的时间图。

图6是表示距离图像传感器中的光的行进的图。

图7是观察实施例1所涉及的距离图像传感器的sem图像。

图8是观察实施例2所涉及的距离图像传感器的sem图像。

图9是表示实施例1及2以及比较例1的量子效率相对于波长的变化的线图。

图10是表示实施例1及2以及比较例1的量子效率相对于波长的变化的线图。

图11是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

图12是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

图13是表示变形例所涉及的距离图像传感器的像素的结构的图。

图14是表示各像素的截面结构的图。

图15是表示各像素的结构的图。

图16是各种信号的时间图。

图17是表示变形例所涉及的距离图像传感器的像素的结构的图。

图18是各种信号的时间图。

图19是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

图20是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

图21是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

图22是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，在说明中，对具有相同要素或相同功能的要素使用相同符号，省略重复的说明。

图1是表示测距装置的结构的说明图。

该测距装置具备距离图像传感器1、光源3、驱动电路4、控制电路2、运算电路5。驱动电路4对光源3给予驱动信号sp。控制电路2对距离图像传感器1的各像素中所含的第一及第二传送电极(tx1、tx2：参照图4)给予与驱动信号sp同步的第一传送信号s1及第二传送信号s2。运算电路5根据从距离图像传感器1的第一及第二半导体区域(fd1、fd2：参照图4)读出的表示距离信息的信号d’(m，n)运算到对象物的距离。将从距离图像传感器1到对象物的水平方向d的距离设为d。控制电路2也输出下述的第三传送信号s31、s32。驱动信号sp、第一传送信号s1、及第二传送信号s2为脉冲信号。

控制电路2将驱动信号sp输入到驱动电路4的开关4b。光源3经由开关4b与电源4a连接。当驱动信号sp输入到开关4b时，与驱动信号sp相同波形的驱动电流向光源3供给，从光源3输出作为测距用的探测光的脉冲光lp。

当脉冲光lp向对象物照射时，由对象物反射脉冲光。反射的脉冲光作为反射光ld入射于距离图像传感器1。距离图像传感器1输出检测信号sd。检测信号sd也是脉冲信号。

距离图像传感器1配置于配线基板10上。具有距离信息的信号d’(m，n)经由配线基板10上的配线，从距离图像传感器1的各像素输出。检测信号sd包含信号d’(m，n)。

驱动信号sp的波形为周期t的方形波。将高电平设为“1”，将低电平设为“0”时，驱动信号sp的电压v(t)通过以下的式给予。

驱动信号sp：

v(t)＝1(其中，0＜t＜(t/2)的情况)

v(t)＝0(其中，(t/2)＜t＜t的情况)

v(t+t)＝v(t)

第一传送信号s1及第二传送信号s2的波形为周期t的方形波。第一传送信号s1及第二传送信号s2的电压v(t)通过以下的式给予。

第一传送信号s1：

v(t)＝1(其中，0＜t＜(t/2)的情况)

v(t)＝0(其中，(t/2)＜t＜t的情况)

v(t+t)＝v(t)

第二传送信号s2(＝s1的反转)：

v(t)＝0(其中，0＜t＜(t/2)的情况)

v(t)＝1(其中，(t/2)＜t＜t的情况)

v(t+t)＝v(t)

信号sp、s1、s2、sd全部具有脉冲周期2×tp。将第一传送信号s1和检测信号sd都为“1”时在距离图像传感器1内产生的电荷量设为q1。将第二传送信号s2和检测信号sd均为“1”时在距离图像传感器1内产生的电荷量设为q2。

第一传送信号s1和检测信号sd的相位差在第二传送信号s2和检测信号sd为“1”的重复期间，与距离图像传感器1中产生的电荷量q2成比例。电荷量q2为第二传送信号s2和检测信号sd的逻辑积为“1”的期间产生的电荷量。

将1像素内产生的全电荷量设为q1+q2，将驱动信号sp的半周期的脉冲宽度设为tp时，检测信号sd相对于驱动信号sp延迟δt＝tp×q2/(q1+q2)的期间。当将到对象物的距离设为d，将光速设为c时，一个脉冲光的飞行时间δt以δt＝2d/c给予。因此，当作为具有来自特定的像素的距离信息的信号d’(m，n)输出二个电荷量(q1、q2)时，运算电路5基于输入的电荷量q1、q2和预先判明的半周期脉冲宽度tp，运算到对象物的距离d＝(c×δt)/2＝c×tp×q2/(2×(q1+q2))。

如上所述，如果分开读出电荷量q1、q2，则运算电路5能够运算距离d。此外，上述的脉冲反复出射，能够将其积分值作为各电荷量q1、q2输出。

电荷量q1、q2的相对于整体电荷量的比率与上述的相位差、即到对象物的距离对应。运算电路5根据该相位差运算到对象物的距离。如上所述，将与相位差对应的时间差设为δt时，距离d优选以d＝(c×δt)/2给予，但除此之外也可以进行适当的修正运算。

例如，在实际的距离和运算的距离d不同的情况下，也可以预先求出修正后者的系数β。该情况下，在运送后的产品中，运算的距离d乘以系数β得到的值也可以为最终的运算距离d。

也可以在光速c根据外气温度而不同的情况下，测定外气温度，并根据外气温度修正光速c。该情况下，也可以基于修正的光速c进行距离演算。向运算电路输入的信号和实际的距离的关系也可以预先存储于存储器。该情况下，也可以通过查表方式进行距离演算。也可以根据传感器结构，变更运算方法。该情况下，也可以使用目前已知的运算方法。

图2是用于表示距离图像传感器的截面结构的图。

距离图像传感器1为背面入射型的距离图像传感器，具有半导体基板1a。在本实施方式中，半导体基板1a整体被薄化。反射光ld从半导体基板1a的光入射面1bk入射于距离图像传感器1。光入射面1bk为半导体基板1a的背面。距离图像传感器1(半导体基板1a)的表面1ft经由粘接区域ad与配线基板10连接。粘接区域ad是包含凸块电极等粘接元件的区域。粘接区域ad根据需要具有电绝缘性的粘接剂或填料。

图3是距离图像传感器的概略俯视图。

在距离图像传感器1中，半导体基板1a具有摄像区域1b。摄像区域1b具有呈二维状排列的多个像素p(m，n)。从各像素p(m，n)输出二个电荷量(q1、q2)作为具有上述的距离信息的信号d’(m，n)。即，各像素p(m，n)输出与到对象物的距离对应的信号d’(m，n)。各像素p(m，n)作为微小测距传感器起作用。当来自对象物的反射光在摄像区域1b成像时，能够得到对象物的距离图像。对象物的距离图像为到对象物上的各点的距离信息的集合体。一个像素p(m，n)作为一个距离传感器(单元)起作用。距离图像传感器1具备多个单元(多个距离传感器)。

图4是表示距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

距离图像传感器1具备半导体基板1a、光栅电极pg、第一传送电极tx1、第二传送电极tx2。半导体基板1a具有相互相对的光入射面1bk(第二主面)及表面1ft(第一主面)。半导体基板1a为硅基板。

光栅电极pg配置于表面1ft上。第一传送电极tx1和第二传送电极tx2配置于表面1ft上，并且与光栅电极pg邻接。在表面1ft上配置有绝缘层1e。表面1ft与绝缘层1e相接。绝缘层1e位于表面1ft和光栅电极pg以及第一传送电极tx1及第二传送电极tx2之间。光栅电极pg、第一传送电极tx1、及第二传送电极tx2与绝缘层1e相接。光栅电极pg从与表面1ft正交的方向看，位于第一传送电极tx1和第二传送电极tx2之间。

在半导体基板1a的表面1ft侧设置有第一半导体区域fd1和第二半导体区域fd2。第一半导体区域fd1收集流入第一传送电极tx1的正下区域的电荷。第一半导体区域fd1蓄积流入的电荷作为信号电荷。第二半导体区域fd2收集流入第二传送电极tx2的正下区域的电荷。第二半导体区域fd2蓄积流入的电荷作为信号电荷。第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2作为信号电荷收集区域起作用。

光栅电极pg例如俯视时呈矩形状。半导体基板1a的与光栅电极pg对应的区域(半导体基板1a的光栅电极pg的正下区域)作为根据入射光产生电荷的电荷产生区域(光感应区域)起作用。光栅电极pg例如由多晶硅构成。光栅电极pg也可以由多晶硅以外的材料构成。

光栅电极pg、第一传送电极tx1、及第二传送电极tx2从与表面1ft正交的方向看，位于第一半导体区域fd1和第二半导体区域fd2之间。第一传送电极tx1从与表面1ft正交的方向看，位于光栅电极pg和第一半导体区域fd1之间。第二传送电极tx2从与表面1ft正交的方向看，位于光栅电极pg和第二半导体区域fd2之间。

第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2从光栅电极pg分离。第一半导体区域fd1和第二半导体区域fd2经由光栅电极pg而相对。第一半导体区域fd1与半导体基板1a的第一传送电极tx1的正下区域相邻。第二半导体区域fd2与半导体基板1a的第二传送电极tx2的正下区域相邻。

第一传送电极tx1根据第一传送信号s1(参照图5)，使在电荷产生区域所产生的电荷流入第一半导体区域fd1。流入第一半导体区域fd1的电荷作为信号电荷处理。第二传送电极tx2根据相位和第一传送信号s1不同的第二传送信号s2(参照图5)使在电荷产生区域所产生的电荷作为信号电荷流入第二半导体区域fd2。流入第二半导体区域fd2的电荷作为信号电荷处理。第一传送电极tx1及第二传送电极tx2例如俯视时呈矩形状。第一传送电极tx1的长度和第二传送电极tx2的长度同等。第一传送电极tx1及第二传送电极tx2例如由多晶硅构成。第一传送电极tx1及第二传送电极tx2也可以由多晶硅以外的材料构成。第一传送电极tx1及第二传送电极tx2作为信号电荷传送电极起作用。

半导体基板1a例如为低杂质浓度，且为由p型半导体构成的硅基板。第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2为高杂质浓度，且为由n型半导体构成的区域。第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2为浮动扩散区域。

半导体基板1a的厚度例如为3～100μm。半导体基板1a的杂质浓度例如为1×10¹²～10¹⁵cm^-3。第一及第二半导体区域fd1、fd2的厚度例如为0.1～0.5μm。第一及第二半导体区域fd1、fd2的杂质浓度例如为1×10¹⁸～10²⁰cm^-3。

在绝缘层1e设置有使第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2的各表面露出的接触孔。在接触孔内配置有用于将第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2与外部电连接的导体11。绝缘层1e例如由sio2构成。

向第一传送电极tx1施加的第一传送信号s1的相位和向第二传送电极tx2施加的第二传送信号s2的相位偏移180度。入射于像素p(m，n)的光在半导体基板1a内变换为电荷。产生的电荷中的一部分作为信号电荷，根据由向光栅电极pg以及第一及第二传送电极tx1、tx2施加的电压形成的电位梯度，向第一传送电极tx1的方向或第二传送电极tx2的方向行进。

在对第一传送电极tx1给予高电平的信号(例如，正电位)的情况下，从负电荷(电子)看时，第一传送电极tx1之下的电位比光栅电极pg之下的部分的半导体基板1a的电位低。因此，电子沿着第一传送电极tx1的方向引入，蓄积于由第一半导体区域fd1形成的势阱内。即，半导体基板1a所产生的电荷收集于第一半导体区域fd1。n型的半导体包含正离子化的施主，具有正电位，且吸引电子。当对第一传送电极tx1给予比上述正电位低的电位(例如，接地电位)时，通过第一传送电极tx1产生势垒。因此，半导体基板1a中产生的电荷没有引入第一半导体区域fd1，且没有收集于第一半导体区域fd1。

在对第二传送电极tx2给予高电平的信号(例如，正电位)的情况下，从负电荷(电子)看时，第二传送电极tx2之下的电位比光栅电极pg之下的部分的半导体基板1a的电位低。因此，电子沿着第二传送电极tx2的方向引入，蓄积于由第二半导体区域fd2形成的势阱内。即，半导体基板1a中产生的电荷收集于第二半导体区域fd2。当对第二传送电极tx2给予比上述正电位低的电位(例如，接地电位)时，由第二传送电极tx2产生势垒。因此，半导体基板1a中产生的电荷没有引入第二半导体区域fd2，且没有收集于第二半导体区域fd2。

接着，参照图5，对距离d的运算方法进行说明。图5是各种信号的时间图。在图5中表示多个帧周期tf中的按时间序列连续的二个帧周期tf。

图5中表示光源3的驱动信号sp、强度信号slr、施加到第一传送电极tx1的第一传送信号s1、施加到第二传送电极tx2的第二传送信号s2、及复位信号reset。强度信号slr是反射光ld返回到摄像区域1b时的反射光ld的强度信号。二个帧周期tf分别包含蓄积信号电荷的期间(蓄积期间)tacc和读出信号电荷的期间(读出期间)tro。驱动信号sp、强度信号slr、第一传送信号s1、及第二传送信号s2均为脉冲宽度tp的脉冲信号。

在蓄积期间tacc，首先，在距离测定之前，复位信号reset施加于第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2。其结果，蓄积于第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2的电荷向外部排出。在本例中，在复位信号reset暂时导通(on)，接着关断(off)后，将驱动信号sp施加于光源3。与驱动信号sp的施加同步，第一传送信号s1和第二传送信号s2以相互相反的相位施加于第一传送电极tx1及第二传送电极tx2。通过第一传送信号s1和第二传送信号s2的施加，进行电荷传送。其结果，信号电荷收集于第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2。然后，在读出期间tro，读出收集于第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2内的信号电荷。

在各帧周期tf中，第一传送信号s1与驱动信号sp以相位差0同步地输出，并且第二传送信号s2与驱动信号sp以相位差180度同步地输出。第一传送信号s1及第二传送信号s2的输出控制通过控制电路2进行。控制电路2以与脉冲光lp的出射同步的方式，且以按每个帧周期tf将电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入第一半导体区域fd1的方式，将第一传送信号s1输出于第一传送电极tx1，以将电荷产生区域中产生的电荷作为信号电荷流入第二半导体区域fd2的方式，将相位与第一传送信号s1不同的第二传送信号s2输出于第二传送电极tx2。

相当于强度信号slr和与驱动信号sp以相位差0同步地输出的第一传送信号s1重叠的部分的电荷量q1收集于第一半导体区域fd1。相当于反射光ld的强度信号slr和与驱动信号sp以相位差180同步地输出的第二传送信号s2重叠的部分的电荷量q2收集于第二半导体区域fd2。

强度信号slr和与驱动信号sp以相位差0同步地输出的信号的相位差td为光的飞行时间，相位差td表示从距离图像传感器1到对象物的距离d。距离d通过运算电路5，使用一个帧周期tf的电荷量q1及电荷量q2的比率，通过下述式(1)运算。此外，c为光速。

距离d＝(c/2)×(tp×q2/(q1+q2))···(1)

运算电路5按每个帧周期tf分别读出收集于第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2的信号电荷的电荷量q1、q2。运算电路5基于读出的电荷量q1、q2运算到对象物的距离d。

再次参照图4。在半导体基板1a的光入射面1bk形成有多个凸部20。在本实施方式中，多个凸部20形成于光入射面1bk的摄像区域1b整体。多个凸部20也可以仅形成于半导体基板1a的与电荷产生区域对应的区域。即，多个凸部20也可以仅形成于半导体基板1a的与光栅电极pg对应的区域。各凸部20呈大致锥体形状，具有相对于半导体基板1a的厚度方向倾斜的斜面20a。凸部20例如呈大致四角锥形状。凸部20的高度为200nm以上。相邻的二个凸部20的顶点的间隔例如为500～3000nm。

在凸部20中，半导体基板1a的(111)面作为斜面20a露出。斜面20a光学地露出。所谓斜面20a光学地露出，不仅包含斜面20a与空气等气氛气体相接，而且包含在斜面20a上形成有光学透明的膜的情况。

距离图像传感器1具备反射防止膜21。反射防止膜21配置于半导体基板1a的光入射面1bk上。在本实施方式中，反射防止膜21为氧化硅(sio2)膜。即，反射防止膜21为使入射光透过的氧化物膜。反射防止膜21以覆盖凸部20的斜面20a的方式与斜面20a相接。在反射防止膜21的表面形成有与多个凸部20对应的凹凸。反射防止膜21的厚度例如为1～200nm。

如上所述，在本实施方式中，形成于光入射面1bk的多个凸部20具有斜面20a。在反射光ld从光入射面1bk入射于半导体基板1a的情况下，如图6所示，一部分的光在光入射面1bk侧进行反射。因为斜面20a相对于半导体基板1a的厚度方向倾斜，所以例如在一个凸部20的斜面20a侧反射的光朝向与该一个凸部20接近的凸部20的斜面20a侧，从接近的凸部20的斜面20a入射于半导体基板1a。即，在光入射面1bk(斜面20a)侧反射的光再次入射于半导体基板1a。

在凸部20中，半导体基板1a的(111)面作为斜面20a露出。因此，从斜面20a入射于半导体基板1a的光容易进入半导体基板1a。因为凸部20的高度为200nm以上，所以斜面20a的表面积大。因此，入射于斜面20a的光大多进入半导体基板1a。

紫外的波长区域的光的由硅引起的吸收系数大。因此，紫外的波长区域的光在半导体基板1a的靠近光入射面1bk(斜面20a)的区域被吸收。在距离图像传感器1中，在形成于半导体基板1a的凸部20，使半导体基板1a的(111)面露出。因此，不会阻碍在靠近光入射面1bk的区域内的光的吸收。

这些结果，在距离图像传感器1中，实现在紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高。由于以下的理由，在距离图像传感器1中，也实现近红外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高。

如图6所示，从斜面20a入射于半导体基板1a内的光ld1有时沿着与半导体基板1a的厚度方向交叉的方向进入，到达表面1ft。此时，到达表面1ft的光ld1通过到达表面1ft的角度在表面1ft全反射。其结果，入射于距离图像传感器1(半导体基板1a)的光的行进距离变长。

再次入射于半导体基板1a的光ld2沿着与半导体基板1a的厚度方向交叉的方向在半导体基板1a内行进。因此，再次入射于距离图像传感器1(半导体基板1a)的光ld2的行进距离也变长。

当在半导体基板1a内行进的光的行进距离变长时，光被吸收的距离也变长。因此，即使是由硅引起的吸收系数小的近红外的波长范围的光，也在半导体基板1a被吸收。其结果，在距离图像传感器1中，实现近红外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高。

在距离图像传感器1在室外使用的情况下，有可能受到外扰光的影响。在距离图像传感器1受到杂光的影响的情况下，通过距离图像传感器1检测的距离精度劣化。外扰光中例如包含太阳光。

太阳光的照射强度在约400nm以下的波长范围急剧降低。因此，通过使用出射约400nm以下的波长范围的光的光源作为光源3，可以抑制通过距离图像传感器1检测的距离精度的劣化。如上所述，距离图像传感器1实现紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的提高。因此，即使光源3为出射约400nm以下的波长范围的光的光源的情况下，距离图像传感器1也适当检测反射光ld。

太阳光的照射强度不仅在约400nm以下的波长范围，而且在约940nm附近的波长范围也降低。因此，通过使用出射约940nm附近的波长范围的光的光源作为光源3，可以抑制通过距离图像传感器1检测的距离精度的劣化。如上所述，距离图像传感器1在近红外的波长范围内也实现分光灵敏度特性的提高。因此，在光源3为出射约940nm附近的波长范围的光的光源的情况下，距离图像传感器1适当检测反射光ld。

距离图像传感器1具备作为氧化硅膜的反射防止膜21。因此，光由半导体基板1a更容易进入。其结果，在距离图像传感器1中，紫外及近红外的各波长范围内的分光灵敏度特性进一步提高。

本发明人们进行了用于确认本实施方式的分光灵敏度特性的提高效果的实验。

制作具备上述结构的距离图像传感器1(称为实施例1及2)和在半导体基板的光入射面未形成有凸部的距离图像传感器1(称为比较例1)，检查各距离图像传感器1的分光灵敏度特性。实施例1及2以及比较例1除了凸部的形成的方面，被设为相同结构。电荷产生区域的大小设定为0.5mmφ。

在实施例1(参照图7)中，凸部20的高度为1570nm(其中，包含反射防止膜21的厚度)。在实施例2(参照图8)中，凸部20的高度为1180nm(其中，包含反射防止膜21的厚度)。图7及图8的(a)是从倾斜45°观察距离图像传感器的光入射面侧的表面(反射防止膜21的表面)的sem图像。图7及图8的(b)是观察距离图像传感器的端面的sem图像。

将结果示于图9及图10。在图9及图10中，实施例1的分光灵敏度特性由t1表示，实施例1的分光灵敏度特性由t2表示，比较例1的分光灵敏度特性由t3表示。在图9中，纵轴表示量子效率(q.e.)，横轴表示光的波长(nm)。在图10中，表示真空紫外的波长范围内的分光灵敏度特性。

从图9及图10可知，在实施例1及2中，与比较例1比较，紫外的波长范围内的分光感度大幅提高。当然，在实施例1及2中，与比较例1比较，近红外的波长范围内的分光感度也提高。实施例1与实施例2比较，紫外及近红外的各波长范围内的分光灵敏度特性提高。

接着，参照图11～图22，对本实施方式的变形例的结构进行说明。

在图11所示的变形例中，距离图像传感器1具备氧化铝(al2o3)膜23代替反射防止膜21。图11是表示本变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

氧化铝膜23配置于光入射面1bk上。氧化铝膜23是使入射光透过的氧化物膜。氧化铝膜23的厚度例如为0.0003～3μm。在氧化铝膜23的表面形成有与多个凸部20对应的凹凸。

氧化铝膜23以负极性带电。由于半导体基板1a的导电型为p型，因此，通过氧化铝膜23使规定的固定电荷(正极性の固定电荷)存在于半导体基板1a的光入射面1bk侧。存在有正极性的固定电荷的半导体基板1a的光入射面1bk侧的区域作为累积层起作用。因此，凸部20的斜面20a包含于累积层的表面。

利用累积层，在光入射面1bk侧不取决于光而产生的不需要电荷被再结合，因此，暗电流降低。累积层抑制在半导体基板1a的光入射面1bk附近由光产生的电荷被光入射面1bk捕获。因此，由光产生的电荷有效地向半导体基板1a的表面1ft侧移动。其结果，在本变形例所涉及的距离图像传感器1中，实现光检测灵敏度的提高。

也可以在氧化铝膜23和光入射面1bk之间配置有氧化硅膜。即，氧化铝膜23也可以不与光入射面1bk直接相接。在该情况下，通过氧化铝膜23，正极性的固定电荷存在于半导体基板1a的光入射面1bk侧。

在图12所示的变形例中，半导体基板1a具备第一基板区域1aa和第二基板区域1ab。图12是表示本变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

第一基板区域1aa设置于半导体基板1a的表面1ft侧。第一基板区域1aa包含表面1ft。第二基板区域1ab设置于半导体基板1a的光入射面1bk侧。第二基板区域1ab包含光入射面1bk。第一基板区域1aa和第二基板区域1ab由p型的半导体构成。第二基板区域1ab的杂质浓度比第一基板区域1aa的杂质浓度高。半导体基板1a例如能够通过使杂质浓度比该半导体基板低的p-型的外延层在p型的半导体基板上生长而得到。

在本变形例中，在第一基板区域1aa设置有第一半导体区域fd1和第二半导体区域fd2。绝缘层1e配置于第一基板区域1aa的表面(表面1ft)上。

在第二基板区域1ab所包含的光入射面1bk形成有多个凸部20。即，凸部20的斜面20a包含于第二基板区域1ab的表面(光入射面1bk)。在凸部20中，第二基板区域1ab的(111)面作为斜面20a露出。反射防止膜21配置于第二基板区域1ab的表面(光入射面1bk)上。

在本变形例中，第二基板区域1ab作为累积层起作用。因此，如上所述，在本变形例所涉及的距离图像传感器1中，实现光检测灵敏度的提高。图12所示的变形例所涉及的距离图像传感器1也可以具备氧化铝膜23代替反射防止膜21。

在图13及图14所示的变形例中，距离图像传感器1在各像素p(m，n)中，具备：多个光栅电极(本变形例中，二个光栅电极)pg1，pg2；第一传送电极tx1及第二传送电极tx2；多个第三传送电极(在本实施方式中，二个第三传送电极)tx31、tx32；第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2；多个第三半导体区域(在本实施方式中，二个第三半导体区域)fd31、fd32。图13是用于表示本变形例所涉及的距离图像传感器的像素的结构的图。图14是表示各像素的截面结构的图。

二个光栅电极pg1、pg2配置于表面1ft上且相互分离。第一传送电极tx1及第三传送电极tx31配置于表面1ft上，与光栅电极pg1邻接。第二传送电极tx2及第三传送电极tx32配置于表面1ft上，与光栅电极pg1邻接。在表面1ft上配置有绝缘层1e。绝缘层1e位于表面1ft和光栅电极pg1、pg2及第一～第三传送电极tx1、tx2、tx31、tx32之间。光栅电极pg1、pg2及第一～第三传送电极tx1、tx2、tx31，tx32与绝缘层1e相接。第一半导体区域fd1收集流入第一传送电极tx1正下的区域的电荷。第一半导体区域fd1蓄积流入的电荷。第二半导体区域fd2收集流入第二传送电极tx2正下的区域的电荷。第二半导体区域fd2蓄积流入的电荷。第三半导体区域fd31收集流入第三传送电极tx31正下的区域的电荷。第三半导体区域fd32收集流入第三传送电极tx32正下的区域的电荷。

光栅电极pg1、pg2俯视时呈大致环状。在本变形例中，光栅电极pg1、pg2呈大致多边形环状(例如，矩形环状)。光栅电极pg1、pg2也可以呈圆环状。在本变形例中，光栅电极pg1、pg2例如由多晶硅构成。但也可以使用其它材料。光栅电极pg1、pg2也可以由多晶硅以外的材料构成。

第一半导体区域fd1以被光栅电极pg1包围的方式配置于光栅电极pg1的内侧。第一半导体区域fd1从光栅电极pg1正下的区域分开。第一半导体区域fd1以被受光区域包围的方式位置于受光区域的内侧，从电荷产生区域分开。

第二半导体区域fd2以被光栅电极pg2包围的方式配置于光栅电极pg2的内侧。第二半导体区域fd2从光栅电极pg2正下的区域分开。第二半导体区域fd2以被受光区域包围的方式位于受光区域的内侧，从电荷产生区域分开。

第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2俯视时呈大致多边形状。在本变形例中，第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2呈矩形状(例如，正方形状)。

第一传送电极tx1配置于光栅电极pg1和第一半导体区域fd1之间。第一传送电极tx1以包围第一半导体区域fd1的方式位于第一半导体区域fd1的外侧，并且以被光栅电极pg1包围的方式位于光栅电极pg1的内侧。第一传送电极tx1位于光栅电极pg1和第一半导体区域fd1之间，从光栅电极pg1及第一半导体区域fd1分开。

第二传送电极tx2配置于光栅电极pg2和第二半导体区域fd2之间。第二传送电极tx2以包围第二半导体区域fd2的方式位于第二半导体区域fd2的外侧，并且以被光栅电极pg2包围的方式位于光栅电极pg2的内侧。第二传送电极tx2位于光栅电极pg2和第二半导体区域fd2之间，从光栅电极pg2及第二半导体区域fd2分开。

第一传送电极tx1及第二传送电极tx2俯视时呈大致多边形环状。在本变形例中，第一传送电极tx1及第二传送电极tx2呈矩形环状。

第三半导体区域fd31以包围光栅电极pg1的方式配置于光栅电极pg1的外侧。第三半导体区域fd31从光栅电极pg1正下的区域分开。第三半导体区域fd31以包围受光区域的方式位于受光区域的外侧，从电荷产生区域分开。

第三半导体区域fd32以包围光栅电极pg2的方式位于光栅电极pg2的外侧。第三半导体区域fd32从光栅电极pg2正下的区域分开。第三半导体区域fd32以包围受光区域的方式位置于受光区域的外侧，从电荷产生区域分开。

第三半导体区域fd31、fd32俯视时呈大致多边形环状。在本变形例中，第三半导体区域fd31、fd32呈矩形环状。另外，在本变形例中，相邻的第三半导体区域fd31、fd32一体地形成。即，第三半导体区域fd31和第三半导体区域fd32中，第三传送电极tx31和第三传送电极tx32之间的区域被共通化。第三半导体区域fd31、fd32作为不需要电荷收集区域起作用。第三半导体区域fd31、fd32为高杂质浓度且为由n型半导体构成的区域。第三半导体区域fd31、fd32为浮动扩散区域。

第三传送电极tx31配置于光栅电极pg1和第三半导体区域fd31之间。第三传送电极tx31以包围光栅电极pg1的方式位于光栅电极pg1的外侧，并且以被第三半导体区域fd31包围的方式位于第三半导体区域fd31的内侧。第三传送电极tx31位于光栅电极pg1和第三半导体区域fd31之间，从光栅电极pg1及第三半导体区域fd31分开。

第三传送电极tx32配置于光栅电极pg2和第三半导体区域fd32之间。第三传送电极tx32以包围光栅电极pg2的方式位于光栅电极pg2的外侧，并且以被第三半导体区域fd32包围的方式位于第三半导体区域fd32的内侧。第三传送电极tx32位于光栅电极pg2和第三半导体区域fd32之间，从光栅电极pg2及第三半导体区域fd32分开。

第三传送电极tx31，tx32俯视时呈大致多边形环状。在本变形例中，第三传送电极tx31、tx32呈矩形环状。第三传送电极tx31、tx32例如由多晶硅构成。第三传送电极tx31、tx32也可以由多晶硅以外的材料构成。第三传送电极tx31，tx32作为不需要电荷传送电极起作用。

光栅电极pg1、第一传送电极tx1和第三传送电极tx31以第一半导体区域fd1为中心，以从第一半导体区域fd1侧起第一传送电极tx1、光栅电极pg1、第三传送电极tx31的顺序配置为同心状。光栅电极pg2、第二传送电极tx2和第三传送电极tx32以第二半导体区域fd2为中心，以从第二半导体区域fd2侧起第二传送电极tx2、光栅电极pg2、第三传送电极tx32的顺序配置为同心状。

在绝缘层1e设置有使第一～第三半导体区域fd1、fd2、fd31、fd32的表面露出的接触孔(未图示)。在接触孔内配置有用于将第一～第三半导体区域fd1、fd2、fd31，fd32与外部电连接的导体(未图示)。

半导体基板1a的与光栅电极pg1、pg2对应的区域(半导体基板1a的光栅电极pg1、pg2正下的区域)作为根据入射光而产生电荷的电荷产生区域起作用。因此，电荷产生区域与光栅电极pg1、pg2的形状对应，呈矩形环状。在本变形例中，包含光栅电极pg1(光栅电极pg1正下的电荷产生区域)的第一单元和包含光栅电极pg2(光栅电极pg2正下的电荷产生区域)的第二单元相邻地配置。相邻地配置的第一单元和第二单元构成一个像素p(m，n)。

在对第三传送电极tx31、tx32给予高电平的信号(例如，正电位)的情况下，从负电荷(电子)看时，第三传送电极tx31、tx32正下的区域的电位相对于半导体基板1a的光栅电极pg1、pg2正下的区域的电位变低。负电荷(电子)沿着第三传送电极tx31、tx32的方向引入，流入由第三半导体区域fd31、fd32形成的势阱内。在对第三传送电极tx31、tx32给予低电平的信号(例如，接地电位)的情况下，从负电荷(电子)看时，通过第三传送电极tx31、tx32产生势垒。因此，半导体基板1a中产生的电荷不会引入第三半导体区域fd31、fd32内。第三半导体区域fd31、fd32收集、排出根据光的入射在电荷产生区域中产生的电荷中的一部分的电荷作为不需要电荷。

图15是用于表示各像素的结构的图。

对第一传送电极tx1给予第一传送信号s1。对第二传送电极tx2给予第二传送信号s2。对第三传送电极tx31、tx32给予第三传送信号s31、s32。

电荷产生区域(光栅电极pg1正下的区域)所产生的电荷在对第一传送电极tx1给予高电平的第一传送信号s1的情况下，作为信号电荷流入由第一半导体区域fd1构成的势阱。蓄积于第一半导体区域fd1的信号电荷作为与电荷量q1对应的输出(vout1)从第一半导体区域fd1读出。

电荷产生区域(光栅电极pg2正下的区域)所产生的电荷在对第二传送电极tx2给予高电平的第二传送信号s2的情况下，作为信号电荷流入由第二半导体区域fd2构成的势阱。蓄积于第二半导体区域fd2的信号电荷作为与电荷量q2对应的输出(vout2)从第二半导体区域fd2读出。

这些输出(vout1、vout2)相当于上述的信号d’(m，n)。

图16是各种信号的时间图。

1帧的期间由蓄积信号电荷的期间(蓄积期间)和读出信号电荷的期间(读出期间)构成。着眼于一个像素时，在蓄积期间，基于驱动信号sp的信号施加于光源，与此同步，第一传送信号s1施加于第一传送电极tx1。然后，第二传送信号s2以与第一传送信号s1规定的相位差(例如、180度的相位差)施加于第二传送电极tx2。在距离测定之前，复位信号施加于第一及第二半导体区域fd1、fd2。其结果，蓄积于第一半导体区域fd1及第二半导体区域fd2的电荷向外部排出。在复位信号暂时导通，接着关断后，第一及第二传送信号s1、s2逐次施加于第一及第二传送电极tx1、tx2。与第一及第二传送信号s1、s2的施加同步，逐次地进行电荷传送。其结果，信号电荷蓄积于第一及第二半导体区域fd1、fd2。即，在蓄积期间中，在第一及第二半导体区域fd1、fd2各个中累计信号电荷。

然后，在读出期间，读出蓄积于第一及第二半导体区域fd1、fd2内的信号电荷。此时，施加于第三传送电极tx31、tx32的第三传送信号s31、s32成为高电平，对第三传送电极tx31、tx32给予正电位。其结果，不需要电荷收集于第三半导体区域fd31、fd32的势阱。第一传送信号s1和第三传送信号s31为相反的相位。第二传送信号s2和第三传送信号s32为相反的相位。

对光栅电极pg1、pg2给予的电位vpg设定为比电位vtx1、vtx2、vtx31、vtx32低。在第一传送信号s1或第二传送信号s2成为高电平时，第一传送电极tx1正下的区域的电位比光栅电极pg1正下的区域的电位低。在第二传送信号s2成为高电平时，第二传送电极tx2正下的区域的电位比光栅电极pg2正下的区域的电位低。在第三传送信号s31、s32成为高电平时，第三传送电极tx31、tx32正下的区域的电位比光栅电极pg1、pg2正下的区域的电位低。

电位vpg设定为比第一传送信号s1、第二传送信号s2、及第三传送信号s31、s32为低电平时的电位高。在第一传送信号s1成为低电平时，第一传送电极tx1正下的区域的电位比光栅电极pg1正下的区域的电位高。在第二传送信号s2成为低电平时，第二传送电极tx2正下的区域的电位比光栅电极pg2正下的区域的电位高。在第三传送信号s31、s32成为低电平时，第三传送电极tx31、tx32正下的区域的电位比光栅电极pg1、pg2正下的区域的电位高。

在图17所示的变形例中，包含光栅电极pg的一个单元构成一像素p(m，n)的方面与图13所示的变形例不同。图17是用于表示变形例所涉及的距离图像传感器的像素的结构的图。

本变形例所涉及的距离图像传感器在各像素p(m，n)中，具备光栅电极pg、第一传送电极tx1、第三传送电极tx3、第一半导体区域fd1、第三半导体区域fd3。构成各像素p(m，n)的一个单元的结构与上述的实施方式的第一单元(或第二单元)的结构相同。

图18是图17所示的变形例中的、各种信号的时间图。

如图18所示，施加于第一传送电极tx1的第一传送信号s1在规定的时刻间歇性地被给予相位移动。在本变形例中，第一传送信号s1在180度的时刻被给予180度的相位移动。第一传送信号s1在0度的时刻与驱动信号sp同步，在180度的时刻与驱动信号sp具有180度的相位差。第一传送信号s1和第三传送电极tx3为相反的相位。

在本变形例中，在0度的时刻，蓄积于第一半导体区域fd1的信号电荷作为输出(vout1)从第一半导体区域fd1读出。在180度的时刻，蓄积于第一半导体区域fd1的信号电荷作为输出(vout2)从第一半导体区域fd1读出。这些输出(vout1、vout2)相当于上述的信号d’(m，n)。

在图19所示的变形例中，距离图像传感器1在具备包含硼的膜40的方面与图4所示的距离图像传感器1相同。图19是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

膜40配置于光入射面1bk上，使入射光透过。膜40与光入射面1bk相接。在本变形例中，膜40为由硼构成的膜。膜40以覆盖凸部20的斜面20a的方式与斜面20a相接。在膜40的表面形成有与多个凸部20对应的凹凸。膜40的厚度例如为1～30nm。膜40例如覆盖形成有多个凸部20的区域整体。

在图19所示的距离图像传感器1中，与图4所示的距离图像传感器1同样，实现紫外及近红外的各波长范围内的分光灵敏度特性的提高。

在本变形例中，因为在光入射面1bk(光入射面)上配置有包含硼的膜40，所以抑制紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的劣化。

在图20所示的变形例中，距离图像传感器1在具备膜40的方面，与图11所示的距离图像传感器1不同。图20是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

氧化铝膜23配置于膜40上。氧化铝膜23与膜40相接。氧化铝膜23例如覆盖膜40整体。本变形例中，膜40为由硼构成的膜。氧化铝膜23的厚度例如为0.01～1μm。

在图20所示的距离图像传感器1中，与图11所示的距离图像传感器1同样，实现紫外及近红外的各波长范围内的分光灵敏度特性的提高。在本变形例中，因为距离图像传感器1具备氧化铝膜23，所以正极性的固定电荷存在于半导体基板1a的光入射面1bk侧。其结果，本变形例所涉及的距离图像传感器1也实现光检测灵敏度的提高。

在本变形例中，与图19所示的距离图像传感器1同样，因为在光入射面1bk(光入射面)上配置有包含硼的膜40，所以抑制紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的劣化。

在图21所示的变形例中，距离图像传感器1在具备膜40的方面与图12所示的距离图像传感器1不同。图21是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

在图21所示的距离图像传感器1中，与图12所示的距离图像传感器1同样，实现紫外及近红外的各波长范围内的分光灵敏度特性的提高。在本变形例中，因为在光入射面1bk(光入射面)上配置有包含硼的膜40，所以抑制紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的劣化。

在图22所示的变形例中，距离图像传感器1在具备膜40的方面与图14所示的距离图像传感器1不同。图22是表示变形例所涉及的距离图像传感器的各像素的截面结构的图。

在图22所示的距离图像传感器1中，与图14所示的距离图像传感器1同样，实现紫外及近红外的各波长范围内的分光灵敏度特性的提高。在本变形例中，因为在光入射面1bk(光入射面)上配置有包含硼的膜40，所以抑制紫外的波长范围内的分光灵敏度特性的劣化。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不一定限定于上述的实施方式，可以在不脱离其要旨的范围内进行各种变更。

根据入射光产生电荷的电荷产生区域也可以由光电二极管(例如，嵌入型的光电二极管等)构成。在距离图像传感器1中，像素p(m，n)不需要配置为二维状。例如，像素p(m，n)也可以配置为一维状。

在本实施方式及变形例所涉及的距离图像传感器1中，p型及n型的各导电型也可以以与上述的导电型相反的方式替换。

距离图像传感器1也可以为表面入射型的距离图像传感器。

产业上的可利用性

本发明能够利用于具备硅基板的距离传感器及距离图像传感器。

符号的说明

1…距离图像传感器、1a…半导体基板、1aa…第一基板区域、1ab…第二基板区域、1bk…光入射面、1ft…表面、20…凸部、20a…斜面、21…反射防止膜、23…氧化铝膜、40…包含硼的膜、fd1…第一半导体区域、fd2…第二半导体区域、p…像素、tx1…第一传送电极、tx2…第二传送电极。