传感器芯片和测距装置的制作方法

1.本公开涉及使用例如雪崩光电二极管的传感器芯片以及包括该传感器芯片的测距装置。


背景技术：

2.在使用单光子雪崩二极管(spad：single photon avalanche diode)的测距图像传感器(测距装置)中，在载流子倍增时，在像素的高电场区域中的发光会导致光子入射到相邻的像素上，从而导致在相邻的像素中意外地检测到信号。为了解决这个问题，例如，专利文献1公开了这样的传感器芯片：在该传感器芯片中，在形成有雪崩光电二极管元件的半导体基板中设置有将像素与另一相邻像素物理地分离的像素间分离部。
3.引用文献列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本未审查专利申请特开第2018
‑
88488号


技术实现要素：

6.同时，需要减小构成测距装置的传感器芯片的像素尺寸。
7.期望提供可以减小像素尺寸的传感器芯片和测距装置。
8.本公开的实施方案的传感器芯片包括：半导体基板，其具有其中多个像素以阵列状布置的像素阵列部；光接收元件，其针对每个所述像素设置在所述半导体基板中，并且具有其中通过高电场区域使载流子雪崩倍增的倍增区域；和第一像素分离部，其设置在所述像素之间，所述第一像素分离部从所述半导体基板的一个表面向相对的另一个表面延伸，并且在所述半导体基板中具有底部。
9.本公开的实施方案的测距装置包括光学系统、传感器芯片和信号处理电路，所述信号处理电路根据所述传感器芯片的输出信号来计算到测量目标物体的距离。所述测距装置包括上述本公开的实施方案的传感器芯片作为传感器芯片。
10.根据本公开的各个实施方案的传感器芯片和测距装置，在半导体基板的其中多个像素以阵列状布置的像素阵列部中，在所述像素之间从一个表面向另一个表面延伸的第一像素分离部具有设置在半导体基板中的底部。因此，所述半导体基板在像素阵列部中的另一个表面侧上被共享
附图说明
11.图1是示出根据本公开的实施方案的传感器芯片的概略构成的示例的示意性截面图。
12.图2是示出图1所示的传感器芯片的像素阵列部的构成的示例的示意性平面图。
13.图3是示出图1所示的传感器芯片的构成的示例的框图。
14.图4是图1所示的传感器芯片的像素的等效电路图的示例。
15.图5是说明图1所示的传感器芯片的像素分离部的结构的示意图。
16.图6是示出作为参考例的传感器芯片的概略构成的示例的示意性截面图。
17.图7是说明图1所示的传感器芯片的效果的示意性截面图。
18.图8是示出根据本公开的变形例1的传感器芯片的概略构成的示例的示意性截面图。
19.图9是示出根据本公开的变形例1的传感器芯片的概略构成的示例的示意性截面图。
20.图10a是沿着图8和图9所示的线i
‑
i’截取的传感器芯片的示意性平面图。
21.图10b是沿着图8和图9所示的线ii
‑
ii’截取的传感器芯片的示意性平面图。
22.图11是示出根据本公开的变形例1的传感器芯片的概略构成的另一示例的示意性截面图。
23.图12是示出根据本公开的变形例1的传感器芯片的概略构成的另一示例的示意性截面图。
24.图13是示出根据本公开的变形例2的传感器芯片的概略构成的示例的示意性截面图。
25.图14是示出根据本公开的变形例3的传感器芯片的概略构成的示例的示意性截面图。
26.图15是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
27.图16是辅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
28.下面，将参照附图详细地说明本公开的实施方案。以下说明是本公开的具体示例，并且本公开不限于以下实施方案。此外，本公开也不限于附图中所示的各组件的布置、尺寸和尺寸比等。要注意的是，按以下顺序给出说明。
29.1.实施方案(其中p阱在光接收面侧由像素共享的传感器芯片的示例)
[0030]1‑
1.传感器芯片的构成
[0031]1‑
2.传感器芯片的制造方法
[0032]1‑
3.传感器芯片的操作
[0033]1‑
4.作用与效果
[0034]
2.变形例
[0035]2‑
1.变形例1(其中在光入射表面侧还设置有像素分离部的示例)
[0036]2‑
2.变形例2(其中配线连接到像素分离部的示例)
[0037]2‑
3.变形例3(其中半导体基板和像素间遮光膜在周边部中彼此电连接的示例)
[0038]
3.应用例
[0039]
<1.实施方案>
[0040]
图1示意性地示出了根据本公开的实施方案的传感器芯片(传感器芯片1)的截面构成的示例。图2示意性地示出了图1所示的传感器芯片1的像素阵列部r1的平面构成的示例。图3是示出图1所示的传感器芯片1的构成的框图，图4示出了图1所示的传感器芯片1的像素p的等效电路的示例。传感器芯片1被构造为适用于例如通过tof(time
‑
of
‑
flight：飞
行时间)方法进行距离测量的距离图像传感器(测距装置)或图像传感器等。
[0041]
传感器芯片1例如包括其中多个像素p以阵列状布置的像素阵列部r1以及设置在该像素阵列部r1周围的周边部r2。多个像素p各自包括例如光接收元件20、p型mosfet(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)26和cmos反相器27。此外，传感器芯片1具有例如其中传感器基板10和逻辑基板30彼此层叠的结构。传感器基板10具有包括半导体基板11和配线层13的层叠结构，所述半导体基板11设置有光接收元件20，所述配线层13设置在半导体基板11的正面(面11s1)侧。逻辑基板30层叠在配线层13上(配线层13的面13s1侧)。本实施方案的传感器芯片1具有其中在像素之间设置有像素分离部12的结构，所述像素分离部12从半导体基板11的面11s1向与该面11s1相对的背面(面11s2，光接收面)延伸，并且在半导体基板11中具有底部12s。像素分离部12对应于本公开的“第一像素分离部”的具体示例。
[0042]
(1
‑
1.传感器芯片的构成)
[0043]
传感器芯片1例如是所谓的背面照射型传感器芯片，在该背面照射型传感器芯片中，逻辑基板30层叠在传感器基板10的正面侧(例如，半导体基板11的正面(面11s1)侧)，并且从传感器基板10的背面侧(例如，半导体基板11的背面(面11s2)侧)接收光。
[0044]
传感器基板10包括例如由硅基板构成的半导体基板11和配线层13。本实施方案的半导体基板11在背面(面11s2，光接收面)上包括由多个像素p共享的p阱21。在半导体基板11中，例如，针对各像素p控制p型或n型杂质浓度，从而针对各像素p形成光接收元件20。此外，如上所述，半导体基板11设置有从半导体基板11的正面(面11s1)向其背面(面11s2)延伸的像素分离部12。像素分离部12在半导体基板11中具有底部12s，由此p阱21由多个像素p共享。配线层13设置在半导体基板11的正面(面11s1)侧。
[0045]
光接收元件20包括其中通过高电场区域使载流子雪崩倍增的倍增区域(雪崩倍增区域)。光接收元件20是能够在向阳极施加大的负电压时形成雪崩倍增区域并且对由单光子的入射产生的电子进行雪崩倍增的spad元件。
[0046]
光接收元件20例如包括形成在半导体基板11中的n型半导体区域22、n型扩散区域23和p型扩散区域24。在光接收元件20中，雪崩倍增区域x由耗尽层形成，该耗尽层形成在其中n型扩散区域23和p型扩散区域24彼此连接的区域中。
[0047]
n型半导体区域22是其中将半导体基板11的杂质浓度控制为n型的区域。n型半导体区域22设置在半导体基板的正面(面11s1)的一部分及其附近中。在n型半导体区域22中，形成有用于将由光接收元件20中的光电转换产生的电子传输到雪崩倍增区域x的电场。
[0048]
n型扩散区域23是在n型半导体区域22中形成在半导体基板11的正面(面11sl)附近并且杂质浓度高于n型半导体区域22的杂质浓度的n型半导体区域(n

)。n型扩散区域23形成为在像素p的几乎整个表面上延伸。此外，n型扩散区域23的一部分为面向半导体基板11的正面(面11s1)的突起形状，以便电连接到接触电极17(阴极)。
[0049]
p型扩散区域24是在n型半导体区域22中形成在半导体基板11的正面(面11sl)附近的p型半导体区域(p

)，并且该p型扩散区域24相对于n型扩散区域23形成在光接收面(面11s2)侧。与n型扩散区域23相似，p型扩散区域24形成为在像素p的几乎整个表面上延伸。
[0050]
雪崩倍增区域x是通过向阳极(在本实施方案中，在周边部r2中的连接到p阱的接触电极17)施加大的负电压而在n型扩散区域23和p型扩散区域24之间的界面中形成的高电
场区域。在雪崩倍增区域x中，由入射到光接收元件20上的单光子产生的电子(e
‑
)被倍增。
[0051]
像素分离部12在半导体基板11的正面(面11s1)上设置在像素之间，并且用于在半导体基板11的正面(面11s1)侧将相邻像素p彼此电气和光学地分离。像素分离部12例如通过用遮光膜12a和绝缘膜12b填充分离槽11h1来形成，该分离槽11h1在像素之间的p阱21中沿半导体基板11的厚度方向(y轴方向)延伸。换句话说，像素分离部12包括遮光膜12a和绝缘膜12b，并且绝缘膜12b被设置为覆盖遮光膜12a的表面(侧面和底面)。遮光膜12a对应于本公开的“第一遮光膜”的具体示例。
[0052]
分离槽11h1从半导体基板11的正面(面11s1)向背面(面11s2)形成，并且其底部保留在具有p阱21的半导体基板11中。即，分离槽11h1的深度(d2)小于或等于半导体基板11的厚度(d1)。结果，p阱21被多个像素p共享。
[0053]
遮光膜12a包括具有遮光性的导电材料。这种材料的示例包括钨(w)、银(ag)、铜(cu)、铝(al)以及铝和铜(cu)的合金等。要注意的是，如图5所示，例如，可以在遮光膜12a的内部形成空隙v。绝缘膜12b由例如氧化硅(sio
x
)等形成。
[0054]
半导体基板11在周边部r2中还设置有例如p阱21介于其间的n型半导体区域25a和25b。
[0055]
配线层13设置成与半导体基板11的正面(面11s1)接触，并且配线层13例如包括层间绝缘膜14、配线15a和15b以及焊盘部16a和16b。配线15a和15b以及焊盘部16a和16b例如用于提供施加到p阱21和光接收元件20的电压，并且用于提取在光接收元件20中产生的电荷(例如，电子)。例如，配线15a经由接触电极17电连接到n型扩散区域23，并且焊盘部16a经由接触电极18电连接到配线15a。在周边部r2中，配线15b经由接触电极17电连接到p阱21，并且焊盘部16b经由接触电极18电连接到配线15b。要注意的是，尽管图1示出了其中在配线层13中形成有单层配线(配线15a和15b)的示例，但是配线层13中的配线的总数不受限制，并且可以形成包括两层以上的配线。在下文中，这同样适用于变形例1～变形例3(图8、图9和图11～图14)。
[0056]
层间绝缘膜14例如包括由氧化硅(sio
x
)、teos、氮化硅(sin
x
)和氮氧化硅(sio
x
n
y
)等中的一者组成的单层膜或由这些中的两种或更多种组成的层叠膜。
[0057]
配线15a和15b形成在层间绝缘膜14中。配线15a例如形成在比雪崩倍增区域x宽的范围内，以便覆盖雪崩倍增区域x，并且配线15a还用作用于将透射通过光接收元件20的光反射到光接收元件20的反射板。配线15a对应于本公开的“光反射部”的具体示例。配线15b例如在周边部r2中以接触电极17作为阳极与p阱21电连接。配线15a和15b例如由铝(al)、铜(cu)或钨(w)等构成。
[0058]
焊盘部16a和16b在层间绝缘膜14与逻辑基板30的接合面(例如，配线层13的面13s1)上露出，并且焊盘部16a和16b例如用于与逻辑基板30的连接。焊盘部16a和16b由例如铜(cu)焊盘构成。
[0059]
逻辑基板30包括配线层31和半导体基板(未示出)，所述配线层31与传感器基板10的接合面(例如，配线层13的面13s1)接触，在所述未示出的半导体基板中形成有偏置电压施加部51(参见图3)以及构成像素p的p型mosfet 26和cmos反相器27，并且所述未示出的半导体基板与传感器基板10相对。配线层31包括层间绝缘膜32、绝缘膜33、焊盘部34a和34b以及焊盘电极35a和35b。
[0060]
配线层31从传感器基板10侧开始依次包括层间绝缘膜32和绝缘膜33。层间绝缘膜32和绝缘膜33被设置为彼此层叠。与层间绝缘膜14相似，层间绝缘膜32和绝缘膜33例如包括由氧化硅(sio
x
)、teos、氮化硅(sin
x
)和氮氧化硅(sio
x
n
y
)等中的一者组成的单层膜或由这些中的两种或更多种组成的层叠膜。
[0061]
焊盘部34a和34b在层间绝缘膜32与传感器基板10的接合面(例如，配线层31的面31s2)上露出，并且焊盘部34a和34b例如用于与传感器基板10的连接。焊盘部34a和34b由例如铜(cu)焊盘构成。焊盘电极35a和35b例如用于与逻辑基板30的半导体基板连接，并且焊盘电极35a和35b例如由铝(al)、铜(cu)或钨(w)等构成。焊盘部34a和34b以及焊盘电极35a和35b例如用于提供将要从偏置电压施加部51施加到p阱21和光接收元件20的电压，并且用于提取在光接收元件20中产生的电荷(例如，电子)。例如，焊盘部34a和34b分别经由接触电极36电连接到焊盘电极35a和35b。
[0062]
在传感器芯片1中，例如，在焊盘部16a和16b与焊盘部34a和34b之间建立cu
‑
cu接合。结果，例如，像素阵列部r1中的焊盘电极35a例如经由接触电极36、焊盘部34a、焊盘部16a、接触电极18、配线15a和接触电极17电连接到n型扩散区域23。此外，周边部r2中的焊盘电极35b例如经由接触电极36、焊盘部34b、焊盘部16b、接触电极18、配线15b和接触电极17电连接到p阱21。
[0063]
偏置电压施加部51将偏置电压施加到针对像素阵列部r1中的各个像素p布置的多个光接收元件20中的各者。当在光接收元件20中由雪崩倍增的电子产生的电压达到负电压(v
bd
)时，p型mosfet 26执行猝灭以释放在光接收元件20中雪崩倍增的电子，从而恢复初始电压。cmos反相器27通过形成由光接收元件20中雪崩倍增的电子产生的电压，从而以单光子的到达时间为视点，输出由脉冲波形产生的光接收信号(apd out)。
[0064]
例如，在传感器基板10的光接收面(半导体基板11的背面(面11s2))侧，例如针对各像素p，隔着钝化膜41设置有片上透镜42。此外，在像素之间设置有像素间遮光膜43。
[0065]
钝化膜41用于保护半导体基板11的背面(面11s2)。此外，钝化膜41例如可以具有防反射功能。钝化膜41包括氮化硅(sin)膜、氧化铝(alo
x
)膜、氧化硅(sio
x
)膜、氧化钽(tao
x
)膜或由氧化铪(hfo
x
)、氧化钛(tio
x
)或sto构成的氧化膜。
[0066]
片上透镜42用于使从上方入射的光会聚到光接收元件20上，并且片上透镜42例如包括氧化硅(sio
x
)等。像素间遮光膜43用于抑制相邻像素之间的倾斜入射光的串扰。像素间遮光膜43例如设置在像素阵列部r1中的相邻像素p之间，并且像素间遮光膜43例如具有格子形状。与遮光膜12a相似，像素间遮光膜43也包括具有遮光性的导电材料。具体地，像素间遮光膜43包括钨(w)、银(ag)、铜(cu)、铝(al)或铝和铜(cu)的合金等。
[0067]
如上所述，传感器芯片1包括像素阵列部r1和设置在像素阵列部r1周围的周边部r2。在像素阵列部r1中，多个像素p以阵列状布置，并且各像素p设置有上述的光接收元件20、p型mosfet 26、cmos反相器27等。在周边部r2中，例如设置有p阱21介于其间的n型半导体区域25a和25b。配线15b、焊盘部16b和34b以及焊盘电极35b例如经由接触电极17、18和36依次连接到n型半导体区域25a和n型半导体区域25b之间的p阱21。焊盘电极35b例如连接到地(gnd)。
[0068]
(1
‑
2.传感器芯片的制造方法)
[0069]
例如，可以以下列方式制造传感器芯片1。首先，通过离子注入来控制半导体基板
11的p型或n型杂质浓度，从而形成p阱21、n型半导体区域22、n型扩散区域23和p型扩散区域24。随后，例如，用诸如sio
x
等氧化膜或氮化膜作为硬掩模，对半导体基板11的正面(面11s1)进行图案化，接着通过蚀刻从正面(面11s1)侧形成分离槽11h1。随后，例如通过cvd(chemical vapor deposition：化学气相沉积)法、pvd(physical vapor deposition：物理气相沉积)法、ald(atomic layer deposition：原子层沉积)法或气相沉积法等，在分离槽11h1的侧面和底面上依次形成绝缘膜12b和遮光膜12a。接下来，以硬掩模作为阻挡层，例如通过cmp(chemical mechanical polishing：化学机械抛光)来去除半导体基板11的正面(面11s1)上的遮光膜12a和绝缘膜12b，接着在半导体基板11的正面(面11s1)上形成配线层13。之后，将单独形成的逻辑基板30贴合到配线层13上。此时，通过cu
‑
cu接合，将在配线层13的接合面14s1上露出的焊盘部16a和16b与在逻辑基板30侧的配线层31的接合面32s1上露出的焊盘部34a和34b彼此接合。随后，例如通过cmp对半导体基板11的背面(面11s2)进行研磨，接着按顺序形成钝化膜41、像素间遮光膜43和片上透镜42。由此完成图1所示的传感器芯片1。
[0070]
(1
‑
3.传感器芯片的操作)
[0071]
在光接收元件20中，当将大的负电压(v
bd
)施加到阳极(在周边部r2中的连接到p阱的接触电极17)时，耗尽层从n型扩散区域23和与其连接的p型扩散区域24之间的pn接合面扩展，由此形成雪崩倍增区域x。在雪崩倍增区域x中，可以对由单光子的入射而产生的电子进行雪崩倍增。雪崩倍增的电子被作为信号电荷提取出来，并且由信号处理电路进行信号处理。
[0072]
传感器芯片1可以用作通过tof方法的测距传感器。在tof方法中，由信号电荷产生的信号与参考信号之间的信号延迟时间被转换为到测量目标物体的距离。信号处理电路例如根据由从各像素p获得的信号电荷产生的信号和参考信号来计算信号延迟时间。所获得的信号延迟时间被转换为距离。由此测量出到测量目标物体的距离。
[0073]
(1
‑
4.作用与效果)
[0074]
在本实施方案的传感器芯片1中，在其中多个像素p以阵列状布置的像素阵列部r1中的像素之间，设置有在半导体基板11中从正面(面11s1)向背面(面11s2)延伸并且在半导体基板11中具有底部12s的像素分离部12，由此形成在半导体基板11中的p阱21被多个像素共享。因此，不需要针对各像素p设置阳极，并且多个像素可以共享阳极。下面将对此进行说明。
[0075]
图6示意性地示出了作为参考例的一般传感器芯片100的截面构成。如上所述，在包括用于各像素p的雪崩光电二极管元件的一般传感器芯片中，设置有将像素与另一相邻像素物理地分离的像素间分离部，以便防止由于相邻像素之间的热载流子光发射引起的混色。与图6所示的像素分离部1200相同，像素分离部贯穿半导体基板1100，并且半导体基板1100以像素p为单位被划分。因此，在传感器芯片100中，需要针对各像素p设置阳极2419和与阳极2419连接的配线等。
[0076]
在具有上述构成的传感器芯片中，需要在像素p中确保将要形成阳极的区域，因此难以减小像素尺寸。
[0077]
相比之下，在本实施方案中，像素分离部12的底部12s设置在半导体基板11中，并且形成在半导体基板11中的p阱21在半导体基板11的背面(面11s2)侧由多个像素p共享。因
此，不需要针对各像素p形成阳极，并且可以将像素尺寸减小上述阳极形成区域的尺寸。
[0078]
可选择地，在保持像素尺寸的情况下，可以将n型扩散区域23和p型扩散区域24的面积增大阳极形成区域的尺寸。结果，可以增大雪崩倍增区域x的尺寸。此外，由于不需要如图6所示的传感器芯片100那样，设置将与阳极2110连接的配线结构c，因此，用于将透射通过半导体基板11的光反射到光接收元件20的反射板(配线15a)可以形成为更大的尺寸。因此，可以提高光子检测效率(pde：photon detection efficiency)。
[0079]
此外，在典型的传感器芯片100中，如图6所示，像素分离部1200和在半导体基板1100的光接收面(面1100s)侧在像素之间设置的像素间遮光膜4300一体化。相比之下，在本实施方案的传感器芯片1中，像素分离部12和像素间遮光膜43彼此独立地形成。因此，如图7所示的箭头a所示，可以容易地使片上透镜42和像素间遮光膜43相对于像素p移位。即，提高了相对于像素p设计片上透镜42和像素间遮光膜43的自由度。因此，可以容易地进行光瞳校正。
[0080]
接下来，将说明本公开的变形例。在下文中，与上述实施方案中相同的组件由相同的附图标记表示，并且适当地省略其说明。
[0081]
<2.变形例>
[0082]
(2
‑
1.变形例1)
[0083]
图8示意性地示出了根据本公开的变形例1的传感器芯片(传感器芯片2)的截面构成的示例。图9示意性地示出了传感器芯片2中的另一位置处的截面构成的示例。图10a示意性地示出了沿着图8和图9所示的线i
‑
i’截取的平面构成，图10b示意性地示出了沿着图8和图9所示的线ii
‑
ii’截取的平面构成。要注意的是，图8示出了沿着图10a和图10b所示的线a
‑
a’截取的截面，图9示出了沿着图10a和图10b所示的线b
‑
b’截取的截面。与前述实施方案的传感器芯片1相似，传感器芯片2被构造为例如适用于通过tof方法进行距离测量的距离图像传感器(测距装置)。本变形例的传感器芯片2与前述实施方案的不同之处在于，在像素之间设置有从半导体基板11的背面(面11s2)向与该背面相对的正面(面11s1)延伸的像素分离部61a。像素分离部61a对应于本公开的“第二像素分离部”的具体示例。
[0084]
像素分离部61a用于在半导体基板11的背面(面11s2)侧将相邻像素p彼此电分离。像素分离部61a通过使用用于保护半导体基板11的背面(面11s2)的钝化膜61填充分离槽11h2而形成，所述分离槽11h2从半导体基板11的背面(面11s2)沿厚度方向(y轴方向)延伸。与前述钝化膜41相似，钝化膜61例如可以具有防反射功能。钝化膜61例如包括氮化硅(sin)膜或诸如氧化铝(alo
x
)膜、氧化硅(sio
x
)膜或氧化钽(tao
x
)膜等氧化膜。要注意的是，像素分离部61a可以不具有上述构成，并且可以具有其中在氧化膜中嵌入防反射膜的构成。具体地，像素间遮光膜43可以与氧化膜一起嵌入(参见图11)。
[0085]
如图9所示，像素分离部61a的底部61s与从半导体基板11的正面(面11s1)沿厚度方向(y轴方向)延伸的像素分离部12的底部12s接触。此外，如图10a所示，例如，像素分离部61a设置在例如以5行
×
2列布置的像素阵列部r1中，除了相邻像素之间的交点i之外。结果，半导体基板11的p阱21在相邻像素之间的交点i处由多个像素p共享。
[0086]
如上所述，在本变形例中，在像素之间设置有从半导体基板11的背面(面11s2)向与该背面相对的正面(面11s1)延伸的像素分离部61a。因此，除了提供前述实施方案的效果之外，还改善了对像素p内的入射光的光限制效果。
[0087]
此外，如图11所示，像素间遮光膜43可以在像素分离部61a中延伸。因此，可以进一步改善对像素p中的入射光的光限制效果。
[0088]
此外，如图12所示，像素分离部61a的底部61s和像素分离部12的底部12s之间可以具有间隙g。在这种情况下，半导体基板11的p阱21经由间隙g被多个像素p共享，因此与图10b所示的像素分离部12的平面形状相似，像素分离部61a也可以设置在相邻像素之间的交点i处。
[0089]
(2
‑
2.变形例2)
[0090]
图13示意性地示出了根据本公开的变形例2的传感器芯片(传感器芯片3)的截面构成的示例。与前述实施方案的传感器芯片1相似，传感器芯片3被构造为例如适用于通过tof方法进行距离测量的距离图像传感器(测距装置)。本变形例的传感器芯片3与前述实施方式的不同之处在于，配线连接到像素分离部12。
[0091]
配线15c、焊盘部16c和34c以及焊盘电极35c经由接触电极17、18和36电连接到本变形例的像素分离部12，并且可以独立于阳极(周边部r2中的接触电极17)和阴极(像素阵列部r1中的接触电极17)向像素分离部12施加电压。结果，可以进行钉扎，从而抑制暗电流的产生。此外，可以减小施加到遮光膜12a和半导体基板11之间的绝缘膜12b的电场，从而防止绝缘膜12b的劣化。因此，除了提供前述实施方案的效果之外，还可以提高可靠性。
[0092]
(2
‑
3.变形例3)
[0093]
图14示意性地示出了根据本公开的变形例3的传感器芯片(传感器芯片4)的截面构成的示例。与前述实施方案的传感器芯片1相似，传感器芯片4被构造为例如适用于通过tof方法进行距离测量的距离图像传感器(测距装置)。本变形例的传感器芯片4与前述实施方案的不同之处在于，像素间遮光膜43延伸到周边部r2，并且在周边部r2中，像素间遮光膜43经由设置在钝化膜41中的开口41h电连接到半导体基板11的p阱21。
[0094]
此外，在本变形例的传感器芯片4中，如上所述，像素间遮光膜43在周边部r2中电连接到半导体基板11的p阱21。在周边部r2中，接触电极17作为阳极连接到p阱21，并且经由配线15b、接触电极18、焊盘部16b和34b、接触电极36和焊盘电极35b电连接到偏置电压施加部51。因此，可以将阳极电位也施加到像素间遮光膜43。
[0095]
此外，在周边部r2中，如图14所示，例如，可以设置贯穿半导体基板11的绝缘膜19，并且在绝缘膜19的内侧和外侧施加不同的电位。绝缘膜19的外侧例如可以连接到地(gnd)。因此，在前述实施方案中，可以减小由于向周边部r2也施加电位而引起的对下基板(例如，逻辑基板30)的连接等的影响。
[0096]
<3.应用例>
[0097]
(移动体的应用例)
[0098]
根据本公开的技术适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船、机器人等任何类型的移动体上的装置。
[0099]
图15是示出了作为可以应用根据本公开的实施方案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配置示例的框图。
[0100]
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15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，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。
[0101]
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。
[0102]
车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代的便携式装置传输过来的无线电波或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、电动窗装置和灯等。
[0103]
车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。
[0104]
摄像部12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。摄像部12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，摄像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。
[0105]
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息的基础上，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，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
[0106]
微型计算机12051可以在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上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可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(adas：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，该功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
[0107]
此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。
[0108]
此外，微型计算机12051可以在关于车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制车
头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。
[0109]
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图15的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出装置。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。
[0110]
图16是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。
[0111]
在图16中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
[0112]
摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的摄像部12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的摄像部12105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。
[0113]
顺便提及，图16示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置到前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
[0114]
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，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
[0115]
例如，微型计算机12051可以在从摄像部12101至12104获得的距离信息的基础上确定到摄像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(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，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
[0116]
例如，微型计算机12051可以在从摄像部12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，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，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驱动以避免碰撞。
[0117]
摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型
计算机12051可以通过确定摄像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的摄像部12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及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确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定摄像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。
[0118]
上面已经参照实施方案和变形例1～3给出了说明；然而，本公开的内容不限于前述实施方案等，并且可以以各种方式进行变形。例如，在前述实施方案等中，已经说明了其中将电子用作信号电荷的示例；然而，也可以将空穴用作信号电荷。
[0119]
此外，在前述实施方案等中，已经以包括p阱21的半导体基板11为例进行了说明；然而，在半导体基板11中，也可以形成其中杂质浓度被控制为n型的n阱来代替p阱21。此外，在前述实施方案等中，已经说明了其中负电位被施加到阳极的示例；然而，只要是在对阳极和阴极之间施加反向偏压而发生雪崩倍增的条件下，各个电位就不受限制。
[0120]
此外，在前述实施方案等中所述的效果仅仅是示例性的，并且可以是任何其他效果，或者还可以包括任何其他效果。
[0121]
要注意的是，本公开可以具有以下构成。根据具有以下构成的本公开，在其中多个像素以阵列状布置的半导体基板的像素阵列部中，在像素之间从一个面向另一个面延伸的第一像素分离部具有设置在半导体基板中的底部。因此，半导体基板在另一个表面侧上是共享的。结果，例如，不需要针对各像素设置阳极，因此可以在多个像素之间共同使用阳极。因此，可以减小像素尺寸。
[0122]
(1)一种传感器芯片，包括：
[0123]
半导体基板，其具有其中多个像素以阵列状布置的像素阵列部；
[0124]
光接收元件，其针对每个所述像素设置在所述半导体基板中，并且具有其中通过高电场区域使载流子雪崩倍增的倍增区域；和
[0125]
第一像素分离部，其设置在所述像素之间，所述第一像素分离部从所述半导体基板的一个表面向相对的另一个表面延伸，并且在所述半导体基板中具有底部。
[0126]
(2)根据(1)所述的传感器芯片，其中，
[0127]
所述半导体基板具有用于每个所述像素的阱，并且
[0128]
所述阱在所述半导体基板的另一个表面侧上被多个所述像素共享。
[0129]
(3)根据(1)或(2)所述的传感器芯片，还包括光反射部，所述光反射部层叠在所述半导体基板的所述一个表面侧上，并且被设置为覆盖所述高电场区域的至少一部分。
[0130]
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的传感器芯片，其中，所述第一像素分离部由第一遮光膜和绝缘膜构成，所述第一遮光膜包括具有遮光性的导电材料，所述绝缘膜覆盖所述半导体基板中的所述第一遮光膜的表面。
[0131]
(5)根据(2)至(4)中任一项所述的传感器芯片，其中，所述阱电连接到设置于所述像素阵列部周围的周边部中的阳极。
[0132]
(6)根据(5)所述的传感器芯片，其中，所述阳极由所述多个像素共同使用。
[0133]
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的传感器芯片，其中，所述半导体基板还包括第二
像素分离部，所述第二像素分离部设置在所述像素之间并且从所述另一个表面向所述一个表面延伸。
[0134]
(8)根据(7)所述的传感器芯片，其中，所述第二像素分离部由氧化膜构成。
[0135]
(9)根据(7)或(8)所述的传感器芯片，其中，在所述半导体基板中，所述第二像素分离部的底部与所述第一像素分离部的底部接触。
[0136]
(10)根据(7)至(9)中任一项所述的传感器芯片，其中，所述第二像素分离部在相邻的所述多个像素的交点处具有开口。
[0137]
(11)根据(7)或(8)所述的传感器芯片，其中，所述第一像素分离部的底部和所述第二像素分离部的底部之间具有间隙。
[0138]
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的传感器芯片，在所述半导体基板的所述另一个表面上在所述像素之间还包括第二遮光膜。
[0139]
(13)根据(12)所述的传感器芯片，其中，所述第二遮光膜在所述周边部中电连接到所述半导体基板。
[0140]
(14)根据(7)至(13)中任一项所述的传感器芯片，在所述半导体基板的所述另一个表面上在所述像素之间还包括第二遮光膜，
[0141]
其中，所述第二遮光膜的一部分在所述第二像素分离部中延伸。
[0142]
(15)根据(4)至(14)中任一项所述的传感器芯片，还包括电压施加部，其中，从所述电压施加部向所述第一遮光膜施加电压。
[0143]
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的传感器芯片，其中，
[0144]
所述半导体基板包括所述像素阵列部周围的周边部，并且
[0145]
所述像素阵列部和所述周边部通过绝缘膜彼此电分离。
[0146]
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的传感器芯片，还包括层叠在所述半导体基板的所述另一个表面侧上的片上透镜。
[0147]
(18)一种测距装置，其包括光学系统、传感器芯片和信号处理电路，所述信号处理电路根据所述传感器芯片的输出信号来计算到测量目标物体的距离，
[0148]
其中，所述传感器芯片包括：
[0149]
半导体基板，其具有其中多个像素以阵列状布置的像素阵列部；
[0150]
光接收元件，其针对每个所述像素设置在所述半导体基板中，并且具有其中通过高电场区域使载流子雪崩倍增的倍增区域；和
[0151]
第一像素分离部，其设置在所述像素之间，所述第一像素分离部从所述半导体基板的一个表面向相对的另一个表面延伸，并且在所述半导体基板中具有底部。
[0152]
本技术要求于2019年3月29日向日本专利局提交的日本专利申请第2019
‑
065375号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0153]
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和改变，只要这些修改、组合、子组合和改变在所附权利要求或其等同物的范围内即可。