CN107615486A - 固体摄像元件及具备该固体摄像元件的摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本申请关于具备具有纵型溢出沟道构造的光电转换部的固体摄像元件，使其能够作为例如精度较高的测距传感器使用。在固体摄像元件中，在形成在第1导电型的半导体基板的表面部上的第2导电型的阱区域中，形成有像素阵列部。在像素阵列部中，以矩阵状配置有将入射光转换为信号电荷且具有纵型溢出沟道构造(VOD)的光电转换部。控制VOD的电势的基板排出脉冲信号被向信号端子施加。在半导体基板的连接部的下方，形成有被导入了第1导电型的杂质的杂质导入部。

Description

固体摄像元件及具备该固体摄像元件的摄像装置
技术领域
本申请涉及例如在测距照相机中使用的固体摄像元件。
背景技术
在专利文献1中，公开了一种拥有利用红外光测量至被摄体的距离的功能的测距照相机。通常，在测距照相机中使用的固体摄像元件被称作测距传感器。特别是，例如搭载在游戏机中、检测作为被摄体的人物的身体的运动或手的运动的照相机也被称作运动照相机(motion camera)。
在专利文献2中，公开了一种能够进行全部像素同时读出的拥有垂直转送电极构造的固体摄像装置。具体而言，是在光电二极管(PD)的各列的旁边设有沿垂直方向延伸的垂直转送部的CCD(Charge Coupled Device)图像传感器。
垂直转送部对应于各光电二极管而具备4个垂直转送电极，其中至少1个垂直转送电极兼作为从光电二极管向垂直转送部读出信号电荷的读出电极，此外，具备用来将光电二极管的全部像素的信号电荷清除掉的纵型溢出沟道(VOD)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-174854号公报
专利文献2：日本特开2000-236486号公报
发明内容
设想使用专利文献2的固体摄像装置作为测距传感器的场景。例如向被摄体照射红外光，在规定的曝光期间用测距照相机摄像，得到由反射光形成的信号电荷。这里，光的速度为每1ns约30cm，例如对1m远的物体开始照射红外光后约7ns，照射的红外光从该物体返回来。因此，为了得到较高的距离精度，例如10～20ns这样的非常短的时间下的曝光时间的控制变得较为重要。
另一方面，可以考虑在曝光期间的控制中使用对纵型溢出沟道的电势进行控制的基板排出脉冲信号的方法。在此情况下，对于基板排出脉冲信号，要求ns级的精度。即，在ns量级下，如果在基板排出脉冲信号中发生波形钝化或延迟，则不能准确地得到由反射光形成的信号电荷，因此在距离测量中产生误差的可能性变高。
本申请的目的是关于具备具有纵型溢出沟道构造的光电转换部的固体摄像元件，使其能够作为例如精度较高的测距传感器使用。
在本申请的一技术方案中，固体摄像元件具备：第1导电型的半导体基板；像素阵列部，其中光电转换部配置为矩阵状，该光电转换部形成在第2导电型的阱区域中并将入射光转换为信号电荷且具有纵型溢出沟道构造，该第2导电型的阱区域形成于上述半导体基板的表面部上；第1信号端子，用来施加对上述纵型溢出沟道构造的电势进行控制的基板排出脉冲信号；信号布线，转送对上述第1信号端子施加的上述基板排出脉冲信号；连接部，将上述信号布线与上述半导体基板表面中的上述阱区域以外的部分电连接，在上述半导体基板中的上述连接部的下方，形成有被导入了第1导电型的杂质的杂质导入部。
根据该技术方案，在向半导体基板赋予基板排出脉冲信号的连接部的下方形成有被导入了第1导电型的杂质的杂质导入部。因此，在基板排出脉冲信号经过半导体基板内向光电转换部传递的路径中，能够大幅地降低与基板表面垂直的方向上的电阻。由此，到达光电转换部的基板排出脉冲信号的波形钝化及延迟被抑制。因而，例如在将该固体摄像元件作为测距传感器使用的情况下，能够准确地测量基于反射光的信号量，所以能够减小测量距离的误差。
上述技术方案的固体摄像元件例如被作为TOF(Time Of Flight：飞行时间)型的测距传感器使用，上述基板排出脉冲信号被用于曝光期间的控制。
此外，在本申请的另一技术方案中，摄像装置具备：红外光源，向被摄体照射红外光；上述技术方案的固体摄像元件，接收来自被摄体的反射光。
根据本申请，由于到达光电转换部的基板排出脉冲信号的波形钝化及延迟被抑制，所以能够利用该固体摄像元件作为例如精度较高的测距传感器。
附图说明
图1是表示有关实施方式的固体摄像元件的结构的示意剖视图。
图2是表示有关实施方式1的固体摄像元件的构成例的示意俯视图。
图3是表示使用测距照相机的构成例的概略图。
图4是说明利用TOF型的测距照相机的测距方法的图。
图5是表示TOF型的测距照相机中的照射光与反射光的关系的时间图。
图6A是说明TOF型的测距照相机的动作原理的图。
图6B是说明TOF型的测距照相机的动作原理的图。
图7是表示由控制曝光期间的例子的时间图。
图8是表示由及控制曝光期间的例子的时间图。
图9A是在图7中波形钝化较大时的时间图。
图9B是在图7中发生了波形延迟时的时间图。
图10A是在图8中波形钝化较大时的时间图。
图10B是在图8中发生了波形延迟时的时间图。
图11是表示施加的信号端子的配置例的图。
图12是表示施加的信号端子的配置例的图。
图13是表示施加的信号端子的配置例的图。
图14是表示有关实施方式2的固体摄像元件的构成例的示意俯视图。
图15A是表示有关实施方式3的固体摄像元件的制造工序的一部分的示意剖视图。
图15B是表示有关实施方式3的固体摄像元件的整体结构的示意剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。另外，虽使用附图进行说明，但其以例示为目的，并不意味着将本申请限定于附图。在图中，对于表示实质上相同的结构、动作及效果的要素赋予相同的标号。
(实施方式1)
在实施方式1中，假设固体摄像元件是CCD图像传感器。这里，取全部像素读出(逐行扫描)对应的行间转移方式的CCD为例进行说明。
图1是表示有关实施方式1的固体摄像元件100的结构的示意剖视图。另外，与本申请的说明没有直接关系的结构、例如比布线层靠上方的中间膜及微透镜等为了说明的简略化而省略了图示。
在图1的结构中，半导体基板1是作为第1导电型的N型的硅基板。在半导体基板1的一方的面的表面部，形成有作为第2导电型的P型的阱区域3(以下，称作P阱区域)。在P阱区域3中，形成有像素阵列部2，该像素阵列部2具备将入射光转换为信号电荷的光电转换部(PD)4、和将在光电转换部4中生成的信号电荷读出并转送的垂直转送部(VCCD)5。光电转换部4及垂直转送部5是N型的扩散区域。在图1中将图示简略化，光电转换部4配置为矩阵状，垂直转送部5配置在光电转换部4的各列间。图1的剖视图是在像素阵列部2的行方向上切断而成的图。在像素阵列部2中，由光电转换部4和垂直转送部5的组合构成像素。垂直转送部5利用向垂直转送电极8施加的电极驱动信号(以下，适当简记作)按照每个栅极来控制信号电荷的存储(积存)/非存储(阻挡)，还由信号控制从光电转换部4向垂直转送部5的信号的读出。
光电转换部4具有纵型溢出沟道构造12。所谓纵型溢出沟道构造(VerticalOverflow Drain：VOD)，是指能够经由形成在光电转换部4与半导体基板1之间的势垒，将光电转换部4中所产生的电荷清除的构造。第1信号端子15是用来施加控制VOD12的电势的基板排出脉冲信号(以下，适当简记作)的第1信号端子，信号布线14是将施加在第1信号端子15上的转送的信号布线，触头16是作为将信号布线14与半导体基板1表面上的P阱区域3以外的部分电连接的连接部的触头。信号布线14例如是铝等的金属布线。
构成为：如果在第1信号端子15上作为而施加高电压，则全部像素的信号电荷被一起向半导体基板1排出。此外，能够由进行纵型溢出沟道构造12的势垒的控制。在图1中，为了容易理解，示意地用虚线示出了施加在第1信号端子15上的经过半导体基板1内向光电转换部4传递的路径。电阻R1表示与基板表面垂直的方向上的电阻，电阻R2表示与基板表面平行的方向(水平方向)上的电阻。
并且，在本实施方式中，在触头16的下方，形成有被导入了N型的杂质的杂质导入部10。由此，能够大幅地降低被传递的路径中的电阻R1。该杂质导入部10例如可以通过多次以不同的深度进行N型离子注入来形成。在图1中示意地表示了以2个不同的深度注入N型离子(例如砷或磷)的构成例。另外，N型离子优选的是以例如距基板表面1μm以上的深度注入。
图2是表示有关本实施方式的固体摄像元件的结构的一例的示意俯视图。在图2中，为了图面的简略化，关于像素阵列部2，仅将像素在水平方向上表示了2个像素的量、在垂直方向上表示了2个像素的量。图1所示的截面结构相当于在图2中在图面左右方向上以穿过光电转换部4的方式切断的结构。水平转送部13将由垂直转送部5转送来的信号电荷在行方向(水平方向)上转送，电荷检测部11将由水平转送部13转送来的信号电荷输出。在垂直转送部5中，例如每1个像素中垂直转送电极8有4个栅极，垂直转送部5为2像素单位的8相驱动。此外，水平转送部13例如是2相驱动。积存在光电转换部4中的信号电荷例如被由信号包PK表示的电极读出，并被转送。
此外，在图2中，为了图示的方便而将VOD12在像素的横向上记载，但实际上如在图1中说明那样，VOD12构成于像素的堆积(bulk)方向(半导体基板1的深度方向)上。此外，将转送的信号布线14为了提高芯片面内(像素间)的均匀性，以将像素阵列部2包围的方式配置。并且，触头16(在图2中省略图示)适当配置在信号布线14与半导体基板1之间，在触头16的下方形成有杂质导入部10。在图2中，杂质导入部10以将像素阵列部2包围的方式形成。另外，由于与像素尺寸(几μm左右)等相比，配置有信号布线14的区域足够大，所以对用来形成杂质导入部10的光刻法等不要求形成微细晶格时那样的精度。因此，通过形成杂质导入部10，能够以低成本降低被传递的路径中的电阻R1。
有关本实施方式的固体摄像元件被作为测距传感器、例如作为TOF(Time OfFlight：飞行时间)型的测距传感器使用。以下，对TOF型的测距传感器进行说明。
<TOF方式的测距传感器>
图3是表示使用测距照相机的构成例的概略图。在图3中，作为测距照相机的摄像装置110具备照射红外激光的红外光源103、光学透镜104、使近红外波长区域透过的光学滤波器105、和作为测距传感器的固体摄像元件106。在摄影对象空间中，在背景光照明102下，从红外光源103向被摄体101照射例如波长850nm的红外激光。使该反射光经由光学透镜104和例如使850nm附近的近红外波长区域透过的光学滤波器105，并由固体摄像元件106接收，将成像在固体摄像元件106上的图像转换为电信号。作为该固体摄像元件106，使用例如是CCD图像传感器的本实施方式所涉及的固体摄像元件100。
图4是说明利用TOF型的测距照相机的测距方法的图。对于被摄体101，配置作为测距照相机的摄像装置110。从摄像装置110到被摄体101的距离是Z。摄像装置110具有的红外光源103向离开了距离Z的位置的被摄体101施加脉冲状的照射光。照在被摄体101上的照射光反射，摄像装置110接收该反射光。摄像装置110具有的固体摄像元件106将反射光转换为电信号。
图5是表示TOF型的测距照相机中的照射光与反射光的关系的时间图。在图5中，设照射光的脉冲宽度为Tp，设照射光与反射光之间的延迟为Δt，设反射光中包含的背景光成分为BG。由于在反射光中包含有背景光成分BG，所以优选的是在进行距离Z的计算中将背景光成分BG除去。
图6A、图6B是说明基于图5的时间图的TOF型的测距照相机的动作原理(脉冲方式、脉冲调制方式)的图。首先，如图6A所示，从照射光脉冲的上升时刻起开始的第1曝光期间中的基于反射光的信号电荷的量是S0+BG。此外，不照射红外光的第3曝光期间中的仅基于背景光的信号电荷的量是BG。因而，通过取两者的差，由固体摄像元件106得到的第1信号的大小为S0。另一方面，如图6B所示，从照射光脉冲的下降时刻起开始的第2曝光期间中的基于反射光的信号电荷的量是S1+BG。此外，不照射红外光的第4曝光期间中的仅基于背景光的信号电荷的量是BG。因而，通过取两者的差，由固体摄像元件106得到的第2信号的大小为S1。
当设光速为c时，到被摄体101的距离Z为
[数式1]
这里，测距的离差σz用下述数式2表示。
[数式2]
<使用的曝光期间的控制及其问题>
在使用本实施方式所涉及的固体摄像元件作为TOF(Time Of Flight)型的测距传感器的情况下，在曝光期间的控制中使用
图7是表示以控制曝光期间的一例的时间图。在图7的例子中，将图6B中表示的第2曝光期间的开始定时用的下降规定，将结束定时用的上升规定。当为Hi电平时，VOD12的电势下降，光电转换部4的电荷被向半导体基板1排出。另一方面，当为Low电平时，VOD12的电势上升，光电转换部4的电荷向半导体基板1的排出被阻止。在第2曝光期间的开始定时，通过下降，光电转换部4的电荷几乎全部向垂直转送部5侧移动，该状态持续直至上升。因而，可得到第2曝光期间中的基于反射光的信号量S1。
此外，也可以如图8那样，将与一起在曝光期间的控制中使用。即，将第2曝光期间的开始定时用的下降及的上升规定，将结束定时用的下降规定。在第2曝光期间的开始定时，通过下降并且上升，光电转换部4的电荷大致全部移动到垂直转送部5侧，该状态持续直到下降。因而，可得到第2曝光期间中的基于反射光的信号量S1。
这里，通过本申请者们的研究，认识到以下这样的问题。在TOF方式中，照射光的脉冲宽度Tp为几十ns左右，非常短。因此，对于控制曝光期间的脉冲要求ns级别的精度。例如在图7所示的曝光期间控制中，如果的波形钝化较大，则成为图9A那样，不能准确地得到信号量S1。此外，如果在中发生延迟，则成为图9B那样，在此情况下也不能准确地得到信号量S1。因此，在距离计算中容易产生误差。同样，在图8所示的曝光期间控制中，如果及的波形钝化较大，则成为图10A那样，此外，如果发生延迟，则成为图10B那样。在哪种情况下，都不能准确地得到信号量S1，所以在距离计算中容易产生误差。
另一方面，在固体摄像元件不是用于测距而是用于通常的摄像装置的情况下，用于例如按照每帧进行的光电转换部4的复位动作(基板排出)。在此情况下，例如按照1秒60次、约16.7ms的帧期间施加即可。因而，在脉冲中不需要ns水平的精度，因此不发生上述那样的问题。
<本实施方式的特征和作用效果>
如上述那样，在曝光期间的控制中使用的情况下，如果不抑制的波形钝化或延迟，则不能准确地测量基于反射光的信号量，在测量距离时容易产生误差。相对于此，在本实施方式所涉及的固定摄像元件中，如图1及图2所示，在向半导体基板1施加的触头16的下方，形成有被导入了N型的杂质的杂质导入部10。由此，在经过半导体基板1内向光电转换部4传递的路径中，能够大幅地降低与基板表面垂直的方向上的电阻R1。因而，的波形钝化及延迟被抑制，能够准确地测量基于反射光的信号量，所以能够降低测量距离的误差。
这里，图1所示的固定摄像元件例如通过在N型基板之上形成N型外延层、形成P阱区域3而生成。由于信号布线14及触头16形成在P阱区域3的外侧的被限制的区域中，所以在不形成杂质导入部10的情况下，的路径中的电阻R1容易变高。此外，在使用红外光的测距传感器中，由于近红外区域中的感度非常重要，所以有为了得到较高的感度而将光电转换部4形成得较深(例如，以5μm以上的深度形成VOD)的情况。随之，N型外延层的厚度增加，结果，电阻R1进一步变高。
所以，为了适当地形成杂质导入部10，主要根据N型外延层的厚度改变注入N型离子的次数即可。另外，不同深度的N型离子注入越是增加，对于降低电阻R1越有效。此外，在深度方向上在杂质浓度中产生了峰值的情况下，从的传输性这一点看，该峰值优选的是处于半导体基板1的较深的位置。
如以上这样，根据本实施方式，通过在向半导体基板1赋予的触头16的下方形成被导入了N型的杂质的杂质导入部10，从而在经过半导体基板1而内向光电转换部4传递的路径中，能够大幅地减小与基板表面垂直的方向上的电阻R1。因而，的波形钝化及延迟被抑制，能够准确地测量基于反射光的信号量，所以能够降低测量距离的误差。并且，与以往的固体摄像元件相比，不需要较大地改变结构及制造方法，能够以低成本实现。
另外，由于水平方向上的电阻R2也给波形带来影响，所以作为半导体基板1优选的是使用电阻尽可能低的基板。例如，只要使用电阻值为0.3Ω·cm以下的硅基板即可。在图2那样的布局的情况下，从第1信号端子15供给的在像素阵列部2的周边的像素和中央部的像素中，其到达时间产生差异。假如即使时间差是1ns，也有可能在运算的距离中产生30cm左右的差异。如果增加固体摄像元件的像素数，则该差异更显著地显现。通过使用低电阻的基板作为半导体基板1，能够抑制这样的问题。
此外，为了抑制的信号布线14中的延迟，优选的是设置多个施加的第1信号端子。此外，在此情况下优选的是，多个第1信号端子相互隔开距离均等地配置。图11是施加的第1信号端子的配置例。在图11的固体摄像元件100A中，在俯视中，在像素阵列部2的图面上侧大致均等地配置有3个第1信号端子15a、15b、15c，在像素阵列部2的图面下侧大致均等地配置有3个第1信号端子15d、15e、15f。即，多个第1信号端子15a～15f配置在像素阵列部2的列方向上的两侧。通过这样的配置，能够在像素阵列部2整体中大致均等地抑制的延迟，并且能够使固体摄像元件100A的芯片布局变得紧凑。另外，也可以将多个第1信号端子配置在像素阵列部2的行方向上的两侧即图面右侧和左侧。
图12及图13是施加的信号端子的配置例。图12是用图7所示那样的控制曝光期间的情况下的配置例。在图12中，用来施加的第2信号端子18配置在固体摄像元件100B的上边，即，从像素阵列部2观察，配置在与施加的第1信号端子15相同的一侧。通过将第1信号端子15和第2信号端子18配置在相同的边上，能够实现芯片面积的缩小。
另一方面，图13是用图8所示那样的及控制曝光期间的情况下的配置例。在图13中，用来施加的第2信号端子18a、18b配置在像素阵列部2的行方向上的两侧。通过这样的配置，能够将转送的布线配置为大致直线状，所以能够抑制的波形钝化。因而，能够提高曝光期间的控制的精度。
另外，在增加固体摄像元件的像素数的情况或固体摄像元件的芯片尺寸变大的情况下等，在图11、图12、图13的情况下，均使多个第1信号端子分别配置在像素阵列部2的四方、即图面右侧、左侧、上侧、下侧即可。由此，能够进一步抑制布线层中的延迟。
(实施方式2)
在实施方式2中，假设固体摄像元件是CMOS图像传感器。但是，以抑制的波形钝化及延迟的目的这一点与实施方式1相同。这里，取列并列型AD转换器搭载的CMOS图像传感器为例进行说明。另外，截面构造与实施方式1相同，在本实施方式中省略说明。
图14是表示有关本实施方式的固体摄像元件的结构的一例的示意俯视图。图14的固体摄像元件200具备像素阵列部22、垂直信号线25、水平扫描线群27、垂直扫描电路29、水平扫描电路30、定时控制部40、列处理部41、参照信号生成部42及输出电路43。此外，固体摄像元件200具备从外部接收主时钟信号的输入信号的MCLK端子、用来在与外部之间收发命令或数据的DATA端子、用来向外部发送影像数据的D1端子，除此以外还具备被供给电源电压、接地电压的端子类。
像素阵列部22具有配置为矩阵状的多个像素电路。这里，为了图面的简略化，在垂直方向上仅表示了2个像素的量，在水平方向上仅表示了2个像素的量。水平扫描电路30通过依次扫描列处理部41的多个列AD电路内的存储器，将AD转换后的像素信号向输出电路43输出。垂直扫描电路29以行单位扫描像素阵列部22内的像素电路的按照行设置的水平扫描线群27。由此，垂直扫描电路29以行单位选择像素电路，使像素信号从属于所选择的行的像素电路向垂直信号线25同时输出。设置有与像素电路的行相同数量的水平扫描线群27。
设在像素阵列部22内的各像素电路具有光电转换部24，各光电转换部24具有用来清除信号电荷的纵型溢出沟道构造(VOD)32。另外，与图2同样，为了图示的方便，在像素的面横向上记载了VOD32，但实际上构成在像素的堆积方向(半导体基板的深度方向)。VOD32的控制也与实施方式1相同，从第1信号端子35供给的经由信号布线34被施加于半导体基板，并被用于VOD32的势垒的控制。
另外，虽省略了截面示意图，但其与图1相同。即，在本实施方式中也与实施方式1同样，在包括N型外延层的N型硅基板的一方的表面部形成有P阱区域，在像素阵列部22上由N型的扩散区域形成有光电转换部24。
这里，由于在本申请中没有直接关系，所以没有详细地图示，但使用CMOS图像传感器作为测距传感器的情况下，与CCD同样，需要以全部像素同时读出光电转换部24的信号电荷，优选的结构是：搭载有对经由读出晶体管读出的电荷暂时进行保持的浮动扩散层、或在像素内独立于浮动扩散层的存储电荷的存储器部的结构。
根据图14的结构可知，在CMOS图像传感器中，与在实施方式1中表示的CCD图像传感器相比，搭载有垂直扫描电路29等多数电路。即，例如在将相同的像素尺寸及像素数的CCD与CMOS图像传感器比较的情况下，CMOS图像传感器比芯片面积大，因而，可以说更容易受到的波形钝化及传播延迟的影响。
因此，与实施方式1同样，通过在向半导体基板施予的触头的下方形成被导入了N型的杂质的杂质导入部10，从而在经过半导体基板内向光电转换部24传递的路径中，能够大幅地降低与基板表面垂直的方向上的电阻R1。因而，的波形钝化及延迟被抑制，从而能够准确地测量基于反射光的信号量，所以能够减小测量距离的误差。此外，与实施方式1同样，作为半导体基板而使用低电阻的硅基板更有效果。
另外，在电路规模较大即芯片尺寸较大的CMOS图像传感器中，由于抑制布线层中的延迟，所以优选的是设置多个的信号端子35。在此情况下，与实施方式1同样，优选的是均等地配置在隔开距离的位置处。
如以上这样，通过在TOF型的测距照相机中利用有关上述各实施方式的固体摄像元件，与使用以往的固体摄像元件时相比，能够在提高感度或提高分辨率的同时，维持较高的测距精度。
(实施方式3)
在实施方式3中，与实施方式1同样，固体摄像元件是CCD图像传感器，但将形成在半导体基板上的N型外延层形成的过程不同。但是，以抑制的波形钝化及延迟为目的这一点与实施方式1相同。这里，以与实施方式1不同的点为中心进行说明。
图15A及图15B是表示有关本实施方式的固体摄像元件的结构及制造工序的一例的示意剖视图。该固体摄像装置如图15B所示，例如跨半导体基板1上的N型的第1外延层400和第2外延层500(以横穿第1外延层400和第2外延层500的边界的方式，遍及第1外延层400和第2外延层500而连续)地形成有光电转换部4及将该光电转换部4分离的像素间分离部6。
跨第1外延层400和第2外延层500而形成的光电转换部4包括相同的导电型的第1N型层404及第2N型层504。该光电转换部4通过下述方式形成：在形成了第1N型层404的第1外延层400上形成第2外延层500之后、在第2外延层500上形成第2N型层504来形成。第1N型层404仅形成在第1外延层400上，但第2N型层504跨第1外延层400和第2外延层500而形成，与第1N型层404的整体或一部分重叠。第1N型层404与第2N型层504电连接。
此外，在第1外延层400的表面上，形成有用于决定第2N型层504的形成时的第2N型层504的位置的工序对位标记，以使在从表面观察第2外延层500时第1N型层404和第2N型层504处于重叠的位置。第2外延层的膜厚例如优选的是设为5μm以下。如此，能够高精度地注入杂质，此外也能够与第1外延层400可靠地连接。
与光电转换部4同样，在固体摄像装置300的周边部传递的路径中，也包含相同导电型的第1杂质导入部410及第2杂质导入部510。在形成有第1杂质导入部410的第1外延层400上形成第2外延层500后，在第2外延层500上形成第2杂质导入部510。第1杂质导入部410仅形成在第1外延层400上，但第2杂质导入部510跨第1外延层400和第2外延层500而形成。由此，能够大幅降低传递的路径中的电阻R1，特别是，能够抑制在进行2次的外延生长的过程中容易成为高电阻的、第1外延层400与第2外延层500的界面的电阻。该杂质导入部410及510例如可以通过多次以不同的深度进行N型离子注入来形成。在图15B中，示意地表示了分别以2个不同的深度向第1外延层400和第2外延层500注入了N型离子(例如，砷或磷)的构成例。
图15A示出了制造工序的一部分，表示在半导体基板1上形成第1外延层400后、用已有的光刻技术和杂质掺杂技术形成光电转换部4的一部分及像素间分离部6的一部分等的工序。此时，同时也在固体摄像装置的周边部即被传递的路径中，通过已有的技术形成被导入了N型的杂质的杂质导入部410。然后，通过在第1外延层400的表面上形成第2外延层，能够容易地在用已有的技术形成较深的光电转换部的同时，也降低的传递路径的电阻。
如以上所述，根据本实施方式，在使用已有的光刻技术及杂质掺杂技术使利用红外光的测距传感器中较为重要的感度飞跃性地提高的情况下，通过在向半导体基板1施加的触头16的下方形成被导入了N型的杂质的杂质导入部410、510，在经过半导体基板1内向光电转换部4传递的路径中能够大幅降低与基板表面垂直的方向上的电阻R1。因此，的波形钝化及延迟被抑制，从而能够准确地测量基于反射光的信号量，所以能够降低测量距离的误差。并且，由于能够利用已有的光刻技术及杂质掺杂技术来实现，所以也不需要进行新的装置等的导入。
另外，与实施方式1同样，更有效的是使水平方向的电阻R2低电阻化、或设置多个施加的第1信号端子。此外，同样在实施方式2那样的CMOS图像传感器中，也能够实现兼顾高感度和高精度的测距传感器。
另外，有关本申请的固体摄像装置的用途并不限定于TOF型的测距照相机，例如也可以被用在立体方式、图案照射型等其他方式的测距照相机中。此外，即使是测距照相机以外的用途，通过提高的传递特性，也能够得到性能提高等的效果。
此外，如上述那样，本申请优选的是用在TOF型的脉冲方式中，但即使将本申请用在脉冲方式以外的TOF型(例如，通过测量反射光的相位延迟的程度来进行距离测量的相位差方式)中也能够提高测距精度。
以上，说明了实施方式，但本申请并不限定于这些实施方式。只要不脱离本申请的主旨，对本实施方式实施了本领域技术人员想到的各种变形后的形态、及将不同的实施方式的构成要素组合而构建的形态也包含在本申请的范围内。
产业上的可利用性
在本申请中，由于可得到例如能够作为高精度的测距传感器而利用的固体摄像元件，所以例如对于实现高精度的测距照相机或运动照相机是有用的。
标号说明
1 半导体基板
2 像素阵列部
3 阱区域
4 光电转换部
5 垂直转送部
6 像素间分离部
10 杂质导入部
12 纵型溢出沟道构造(VOD)
14 信号布线
15 第1信号端子
15a～15f 第1信号端子
16 触头(连接部)
18、18a、18b 第2信号端子
22 像素阵列部
24 光电转换部
32 纵型溢出沟道构造(VOD)
34 信号布线
35 第1信号端子
100 固体摄像元件
100A、100B、100C 固体摄像元件
200 固体摄像元件
103 红外光源
106 固体摄像元件
110 摄像装置
300 固体摄像元件
400 第1外延层
404 第1N型层
410 第1杂质导入部
500 第2外延层
504 第2N型层
510 第2杂质导入部
基板排出脉冲信号
电极驱动信号

Claims (15)

1.一种固体摄像元件，其特征在于，
具备：
第1导电型的半导体基板；
像素阵列部，其中光电转换部配置为矩阵状，所述光电转换部形成在阱区域，并将入射光转换为信号电荷，且具有纵型溢出沟道构造；
第1信号端子，用于施加对所述纵型溢出沟道构造的电势进行控制的基板排出脉冲信号；
信号布线，转送对所述第1信号端子施加的所述基板排出脉冲信号；以及
连接部，将所述信号布线与所述半导体基板表面中的所述阱区域以外的部分电连接，
在所述半导体基板中的所述连接部的下方，形成有被导入了第1导电型的杂质的杂质导入部。
2.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述光电转换部形成在形成于所述半导体基板的表面部上的第2导电型的所述阱区域中。
3.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述固体摄像元件在所述半导体基板的表面部上形成有第1导电型的第1外延层、和形成在所述第1外延层上的第1导电型的第2外延层；
所述光电转换部形成在所述第1导电型的外延层内的所述阱区域中；
所述光电转换部及供所述基板排出脉冲信号传递的所述杂质导入部，跨所述第1外延层和第2外延层而形成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的固体摄像元件，其特征在于，
被作为TOF即飞行时间型的测距传感器使用；
所述基板排出脉冲信号被用于曝光期间的控制。
5.如权利要求1～4中任一项所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述半导体基板是电阻值为0.3Ω·cm以下的硅基板。
6.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述杂质导入部通过从所述半导体基板表面对所述第1导电型的离子进行注入深度不同的多次注入而形成。
7.如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述第1信号端子设有多个。
8.如权利要求5所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述第1信号端子设有多个；
多个所述第1信号端子在俯视中配置在所述像素阵列部的行方向或列方向上的两侧。
9.如权利要求7所述的固体摄像元件，其特征在于，
多个所述第1信号端子在俯视中配置在所述像素阵列部的四方。
10.如权利要求4所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述像素阵列部具备垂直转送部，所述垂直转送部配置在所述光电转换部的各列间，且将由所述光电转换部生成的所述信号电荷读出并在列方向上转送；
所述固体摄像元件具备用来施加对所述垂直转送部的转送电极进行驱动的电极驱动信号的第2信号端子；
所述第1信号端子及所述第2信号端子在俯视中配置在所述像素阵列部的行方向或列方向上的相同侧。
11.如权利要求3所述的固体摄像元件，其特征在于，
所述像素阵列部具备垂直转送部，所述垂直转送部配置在所述光电转换部的各列间，且将由所述光电转换部生成的所述信号电荷读出并在列方向上转送；
所述固体摄像元件具备用来施加对所述垂直转送部的转送电极进行驱动的电极驱动信号的第2信号端子；
所述电极驱动信号与所述基板排出脉冲信号一起被用于曝光期间的控制；
所述第2信号端子在俯视中配置在所述像素阵列部的行方向上的两侧。
12.如权利要求3所述的固体摄像元件，其特征在于，
配置为矩阵状的所述光电转换部的一部分或供所述基板排出脉冲信号传递的所述杂质导入部的一部分，不跨所述第1外延层和第2外延层地形成于第2外延层。
13.如权利要求3或12所述的固体摄像元件，其特征在于，
跨所述第1外延层和第2外延层形成的所述光电转换部包括相同导电型的第1层及第2层，所述光电转换部通过在形成了所述第1层的所述第1外延层上形成所述第2外延层后，在所述第2外延层形成所述第2层而形成。
14.如权利要求3或12所述的固体摄像元件，其特征在于，
跨所述第1外延层和第2外延层而形成的供所述基板排出脉冲信号传递的所述杂质导入部，包括相同导电型的第1杂质层及第2杂质层，所述杂质导入部通过在形成了所述第1杂质层的所述第1外延层上形成所述第2外延层后，在所述第2外延层形成所述第2杂质层而形成。
15.一种摄像装置，具备：
红外光源，向被摄体照射红外光；以及
权利要求1～14中任一项所述的固体摄像元件，所述固体摄像元件接收来自被摄体的反射光。
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