CN210325798U - 受光元件、测距模块和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种受光元件、测距模块和电子设备。受光元件包括片上透镜、配线层、以及设置在片上透镜和配线层之间的半导体层。半导体层包括：光电二极管；第一传输晶体管，其将在光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；第二传输晶体管，其将在光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及像素间分离部，其针对半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的半导体层彼此分开。配线层具有包括遮光构件的至少一层。遮光构件设置成在平面图中与光电二极管重叠。测距模块包括受光元件、光源和发光控制器。电子设备包括测距模块。根据本实用新型，能够改善传感器的特性。

Description

受光元件、测距模块和电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月18日提交的日本在先专利申请JP2018-135395的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本技术涉及一种受光元件、测距模块和电子设备，更特别地，涉及一种被设计成能够改善特性的受光元件、测距模块和电子设备。
背景技术
使用间接飞行时间(ToF：time of flight)方法的测距***是众所周知的。在这样的测距***中，通过接收从发光二极管(LED：light emittingdiode)或激光器以特定相位发射并被物体反射的有源光(active light)的反射光而获得的信号电荷以高速分配到不同区域。因此，需要能够分配的传感器。
鉴于此，例如已经提出了一种技术：通过将电压直接施加到基板并因此在基板中产生电流，能够对传感器的基板中的宽区域进行高速调制(例如，参见专利文献1)。这种传感器也称为电流辅助光子解调器(CAPD：current assisted photonic demodulator)传感器。
引用列表
专利文献
专利文献1 JP 2011-86904 A
实用新型内容
技术问题
然而，通过上述技术难以获得具有足够特性的CAPD传感器。
例如，上述CAPD传感器是表面照射型传感器，其中，在基板的接收来自外部的光的一侧的表面上设置配线等。
为了确保光电转换区域，期望不存在会阻挡光电二极管(PD：photodiode)或光电转换部的受光面侧的入射光的光路的配线等。然而，在表面照射型CAPD传感器中，根据结构，在PD的受光面侧设置用于提取电荷的配线、各种控制线和信号线。结果，光电转换区域受到限制。也就是说，难以确保足够的光电转换区域，并且诸如像素灵敏度等特性可能劣化。
此外，在CAPD传感器用于受外部光照射的场合的情况下，外部光分量成为间接ToF方法中的噪声分量，在间接ToF方法中，利用有源光进行测距。因此，为了确保足够的信噪比(SN(signal-to-noise)比)并获得距离信息，必须确保足够的饱和信号量(Qs)。然而，在表面照射型CAPD传感器中，配线布局存在限制，因此，必须采取措施来使用不涉及配线电容器的技术，例如提供用于确保电容的附加晶体管。
在许多情况下，使用波长约为940nm的近红外光(其对应于太阳光的窗口)作为光源。由于形成半导体层的硅的吸收系数低，因此，近红外光具有低量子效率。因此，需要增加形成光电转换区域的硅的厚度。在硅厚的情况下，经过光电转换的电荷需要很长时间才能到达用于吸引电荷的电极。在切换分配之后，在某些情况下一些电荷到达电极，从而导致错误的信号。结果，测距精度可能会降低。换句话说，传感器的特性可能会劣化。
本技术是鉴于上述情况而作出的，并且本技术使得ToF传感器的特性得到改善。
解决问题的方案
根据本技术的第一方面的受光元件包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，其布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
其中，所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
在本技术的第一方面，提供有片上透镜、配线层、以及布置在片上透镜和配线层之间的半导体层。半导体层包括：光电二极管；第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开。所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且所述遮光构件被设置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
根据本技术的第二方面的测距模块包括：
受光元件；
光源，其发射具有周期性变化亮度的照射光；以及
发光控制器，其控制发射所述照射光的时序，
其中，所述受光元件包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，其布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
在本技术的第二方面，提供有：受光元件；光源，其发射具有周期性变化亮度的照射光；以及发光控制器，其控制发射所述照射光的时序。在所述受光元件中，设置有片上透镜、配线层、以及布置在片上透镜和配线层之间的半导体层。所述半导体层包括：光电二极管；第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开。所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且所述遮光构件被设置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
根据本技术的第三方面的电子设备包括：
测距模块，所述测距模块包括：
受光元件；
光源，其发射具有周期性变化亮度的照射光；以及
发光控制器，其控制发射所述照射光的时序，
其中，所述受光元件包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，其布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
在本技术的第三方面，提供了测距模块，所述测距模块包括：受光元件；光源，其发射具有周期性变化亮度的照射光；以及发光控制器，其控制发射所述照射光的时序。在所述受光元件中，设置有片上透镜、配线层、以及布置在片上透镜和配线层之间的半导体层。所述半导体层包括：光电二极管；第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开。所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且所述遮光构件被设置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
本实用新型的有利效果
根据本技术的第一方面至第三方面，能够改善特性。
注意，本技术的效果不限于这里所述的效果，并且可以包括本公开中说明的任何效果。
附图说明
图1是示意性示出应用本技术的实施例的受光元件的示例构造的框图。
图2是示出像素的第一示例构造的截面图。
图3是示出图2所示的各像素的示例电路构造的图。
图4是示出图3所示的像素电路的布置的示例的平面图。
图5是示出图2所示的各像素的另一示例电路构造的图。
图6是示出图5所示的像素电路的布置的示例的平面图。
图7是用于说明背面照射型的效果的图。
图8是用于说明背面照射型的效果的图。
图9是用于说明背面照射型的效果的图。
图10是用于说明背面照射型的效果的图。
图11是用于说明背面照射型的效果的图。
图12是示出像素的第二示例构造的截面图。
图13是示出像素的第三示例构造的截面图。
图14是示出像素的第四示例构造的截面图。
图15是示出像素的第五示例构造的截面图。
图16A和16B是示出蛾眼结构的示例构造的透视图。
图17A和17B是示出蛾眼结构的另一示例构造的透视图。
图18A和18B是示出蛾眼结构的其他示例构造的透视图。
图19是示出像素的第六示例构造的截面图。
图20A至20F是用于说明第六示例构造的制造方法的图。
图21是示出四分接部像素构造的示例的图。
图22是示出应用本技术的实施例的测距模块的示例构造的框图。
图23是示出作为应用本技术的实施例的电子设备的智能手机的示例构造的框图。
图24是示意性示出车辆控制***的示例构造的框图。
图25是示出外部信息检测器和成像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
以下是对用于实施本技术的方式(下文中称为实施例)的说明。注意，将按以下顺序进行说明。
1.受光元件的示例构造
2.像素的第一示例构造的截面图
3.像素的示例电路构造
4.像素的平面图
5.像素的另一示例电路构造
6.像素的平面图
7.背面照射型的效果
8.像素的第二示例构造的截面图
9.像素的第三示例构造的截面图
10.像素的第四示例构造的截面图
11.像素的第五示例构造的截面图
12.像素的第六示例构造的截面图
13.四分接部像素构造的示例
14.测距模块的示例构造
15.电子设备的示例构造
16.移动体的示例应用
<1.受光元件的示例构造]
图1是示意性示出应用本技术的受光元件的示例构造的框图。
图1所示的受光元件1是根据间接ToF方法输出测距信息的元件。
受光元件1接收作为从预定光源发出、入射到物体上然后被物体反射回来的光(照射光)的光(反射光)，并输出将表示到物体的距离的信息作为深度值存储的深度图像。注意，从光源发出的照射光是波长为780nm～1000nm的红外光，并且例如是以预定间隔重复打开和关闭的脉冲光。
受光元件1包括：像素阵列单元21，其形成在半导体基板(未示出)上；以及***电路单元，其集成在与像素阵列单元21相同的半导体基板上。例如，***电路单元由垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24和***控制单元25形成。
受光元件1还包括信号处理单元26和数据存储单元27。注意，信号处理单元26和数据存储单元27可以安装在与受光元件1相同的基板上，或者可以布置在与受光元件1不同的模块中的基板上。
像素阵列单元21产生与接收的光量对应的电荷，并且用于输出与电荷对应的信号的像素10以矩阵方式二维地布置在行方向和列方向上。换句话说，像素阵列单元21具有用于对入射光进行光电转换的多个像素10，并且像素阵列单元21输出与所得电荷对应的信号。稍后将参考图2和随后的附图详细说明像素10。
这里，行方向是指像素10在水平方向上的排列方向，列方向是指像素10在垂直方向上的排列方向。行方向是图中的横向，列方向是图中的纵向。
在像素阵列单元21的矩阵状像素阵列中，针对各个像素行，沿行方向布置像素驱动线28，并且针对每个像素列，沿列方向布置两条垂直信号线29。例如，像素驱动线28传输驱动信号，驱动信号用于在从像素10读取信号时执行驱动。注意，在图1中，虽然将每条像素驱动线28示出为一条配线，但不一定是一条配线。每个像素驱动线28的一端连接到垂直驱动单元22的与各个行对应的输出端。
垂直驱动单元22由移位寄存器和地址解码器等形成，并且例如垂直驱动单元22总体地或逐行地驱动像素阵列单元21中的各个像素10。换句话说，垂直驱动单元22与用于控制垂直驱动单元22的***控制单元25一起形成了用于控制像素阵列单元21中的各个像素10的操作的驱动单元。
根据由垂直驱动单元22执行的驱动控制而从像素行中的各个像素10输出的检测信号通过垂直信号线29输入到列处理单元23。列处理单元23对通过垂直信号线29从各个像素10输出的检测信号执行预定信号处理，并临时存储经过信号处理的检测信号。具体地，列处理单元23执行作为信号处理的噪声去除处理和模拟-数字(AD：analog-to-digital)转换处理等。
水平驱动单元24由移位寄存器和地址解码器等形成，并且水平驱动单元24顺序地选择与列处理单元23的像素列对应的单位电路。通过由水平驱动单元24执行的这种选择性扫描，顺序输出经过由列处理单元23针对各个单位电路进行的信号处理的检测信号。
***控制单元25包括用于产生各种时序信号的时序产生器，并且***控制单元25基于由时序产生器产生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等进行驱动控制。
信号处理单元26至少具有算术处理功能，并且信号处理单元26基于从列处理单元23输出的检测信号执行诸如算术处理等各种信号处理。数据存储单元27临时存储信号处理单元26待执行的信号处理所需的数据。
如上所述构造的受光元件1输出如下深度图像，其中，将表示到物体的距离的信息作为像素值中的深度值存储。受光元件1安装在例如车辆上，并且可以安装到用于测量到车辆外部物体的距离的车载***或安装到用于测量到物体(例如，用户的手)的距离并根据测量结果识别用户的手势的手势识别装置等。
<2.像素的第一示例构造的截面图>
图2是示出在像素阵列单元21中布置的像素10的第一示例构造的截面图。
受光元件1包括半导体基板41和形成在前表面侧(图中的下侧)的多层配线层42。
半导体基板41例如由硅(Si)形成，并且半导体基板41的厚度例如为1μm～6μm。在半导体基板41中，例如，在P型(第一导电类型)半导体区域51中逐个像素地形成N型(第二导电类型)半导体区域52，使得光电二极管PD在逐个像素的基础上形成。设置在半导体基板41的前表面和背面上的P型半导体区域51还用作用于抑制暗电流的空穴电荷存储区域。
半导体基板41的上表面(即在图2中的上侧)是半导体基板41的背面，并且是光进入的光入射面。在半导体基板41的背面侧的上表面形成有抗反射膜43。
抗反射膜43具有层叠结构，其中，例如固定电荷膜和氧化膜层叠着，并且通过原子层沉积(ALD：atomic layer deposition)形成的高介电常数(High-k)绝缘薄膜例如可以用作抗反射膜43。具体地，可以使用氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)或氧化锶钛(STO)等。在图2所示的示例中，抗反射膜43由层叠的氧化铪膜53、氧化铝膜54和和氧化硅膜55形成。
在抗反射膜43的上表面并且在半导体基板41中彼此相邻的像素10之间的边界部分44(下文中也称为像素边界部分44)处形成防止入射光进入相邻像素的像素间遮光膜45。例如，像素间遮光膜45的材料可以是遮挡光的任何材料，并且可以使用诸如钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)等金属材料。
在抗反射膜43的上表面和像素间遮光膜45的上表面上，例如由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)等的绝缘膜、或诸如树脂等有机材料形成平坦化膜46。
此外，在平坦化膜46的上表面上针对各个像素形成片上透镜47。例如，片上透镜47由诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂等树脂材料形成。由片上透镜47聚集的光有效地进入光电二极管PD。
此外，在半导体基板41的背面侧的像素边界部分44处，在半导体基板41的深度方向上形成用于将相邻像素彼此分开的像素间分离部61，并从半导体基板41的背面侧(片上透镜47一侧)沿基板深度方向到达预定深度处。包括像素间分离部61的底部和侧壁的外周部分被氧化铪膜53(其作为抗反射膜43的一部分)覆盖。像素间分离部61防止入射光到达相邻像素10，并且将入射光限制在各自像素中。像素间分离部61还防止入射光从相邻像素10泄漏。
在图2所示的示例中，氧化硅膜55(其作为抗反射膜43最上层的材料)被埋入从背面侧挖出的沟槽(凹槽)中，使得氧化硅膜55和像素间分离部61同时形成。因此，氧化硅膜55(其作为用作抗反射膜43的层叠膜的一部分)由与像素间分离部61相同的材料形成，但不一定由相同的材料形成。例如，要作为像素间分离部61埋入在从背面侧挖出的沟槽(凹槽)中的材料可以是诸如钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)或氮化钛(TiN)等金属材料。
同时，在其上形成有多层配线层42的半导体基板41的前表面侧，针对在每个像素10中形成的一个光电二极管PD，形成两个传输晶体管TRG1和TRG2。此外，在半导体基板41的前表面侧，作为用于临时保持从光电二极管PD传输过来的电荷的电荷存储部的浮动扩散区域FD1和FD2由高浓度N型半导体区域(N型扩散区域)形成。
多层配线层42包括多个金属膜M和金属膜M之间的层间绝缘膜62。
图2示出了如下示例，其中，金属膜M包括三层：第一金属膜M1至第三金属膜M3。
在多层配线层42的多个金属膜M中，第一金属膜M1的最靠近半导体基板41并且位于各光电二极管PD的形成区域下方的区域，或者在平面图中与各光电二极管PD的形成区域的至少一部分重叠的区域，具有作为遮光构件63而形成的铜或铝等的金属配线。
遮光构件63利用最靠近半导体基板41的第一金属膜M1遮蔽经由片上透镜47从光入射面进入半导体基板41并且在于半导体基板41中未进行光电转换的情况下穿过半导体基板41的红外光，使得红外光无法到达位于第一金属膜M1下方的第二金属膜M2和第三金属膜M3。借助于这种遮光功能，防止未在半导体基板41中进行光电转换并且穿过半导体基板41的红外光被第一金属膜M1下方的金属膜M散射并进入相邻像素。因此，可以防止相邻像素处的错误光检测。
此外，遮光构件63还具有反射经由片上透镜47从光入射面进入半导体基板41并且在于半导体基板41中未进行光电转换的情况下穿过半导体基板41的红外光的功能，使得红外光重新进入半导体基板41。鉴于此，遮光构件63也可以被视为反射构件。利用该反射功能，能够增加在半导体基板41中待进行光电转换的红外光的量，并且能够提高作为像素10对红外光的灵敏度的量子效率(QE：quantum efficiency)。
注意，遮光构件63还可以形成利用除金属材料之外的多晶硅或氧化膜等来反光或遮光的结构。
此外，例如每个遮光构件63可以不由单个金属膜M形成，而是可以由多个金属膜M形成，例如由第一金属膜M1和第二金属膜M2形成的网格状结构形成。
在多层配线层42的多个金属膜M中，诸如第二金属膜M2等的预定金属膜M具有配线电容器64，配线电容器64例如具有以梳状形状形成的图案。遮光构件63和配线电容器64可以形成在同一层(金属膜M)中。然而，在遮光构件63和配线电容器64形成在不同层中的情况下，配线电容器64形成在比遮光构件63更远离半导体基板41的层中。换句话说，遮光构件63形成为比配线电容器64更靠近半导体基板41。
如上所述，受光元件1具有背面照射型结构，在该结构中，作为半导体层的半导体基板41布置在片上透镜47和多层配线层42之间，并且入射光从其上形成有片上透镜47的背面侧进入光电二极管PD。
此外，各像素10包括针对设置在各像素中的光电二极管PD的两个传输晶体管TRG1和TRG2，并且像素10被设计为能够将通过光电二极管PD执行光电转换而产生的电荷(电子)分配到浮动扩散区域FD1或FD2。
此外，第一示例构造中的像素10具有形成在像素边界部分44处的像素间分离部61，以防止入射光到达相邻像素10，并且在将入射光限制在各自像素中的同时，防止入射光从相邻像素10泄漏。然后，在光电二极管PD的形成区域下方的金属膜M中形成遮光构件63，使得在于半导体基板41中未进行光电转换的情况下穿过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射回来，并重新进入半导体基板41。
利用上述构造，能够增加在半导体基板41中待进行光电转换的红外光的量，并且能够提高作为像素10对红外光的灵敏度的量子效率(QE)。
<3.像素的示例电路构造>
图3示出了在像素阵列单元21中二维地布置的各像素10的电路构造。
像素10包括作为光电转换元件的光电二极管PD。像素10还包括两组传输晶体管TRG、浮动扩散区域FD、附加电容器FDL、开关晶体管FDG、放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL。像素10还包括电荷排出晶体管OFG。
这里，在将像素10中的两组传输晶体管TRG、浮动扩散区域FD、附加电容器FDL、开关晶体管FDG、放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL彼此区分的情况下，如图3所示，将这些晶体管称为传输晶体管TRG1和TRG2、浮动扩散区域FD1和FD2、附加电容器FDL1和FDL2、开关晶体管FDG1和FDG2、放大晶体管AMP1和AMP2、复位晶体管RST1和RST2、以及选择晶体管SEL1和SEL2。
例如，传输晶体管TRG、开关晶体管FDG、放大晶体管AMP、选择晶体管SEL、复位晶体管RST和电荷排出晶体管OFG包括N型MOS晶体管。
当提供给传输晶体管TRG1的栅极的传输驱动信号TRG1g进入激活状态(activestate)时，传输晶体管TRG1进入导通状态，以将光电二极管PD中累积的电荷传输到浮动扩散区域FD1。当提供给传输晶体管TRG2的栅极的传输驱动信号TRG2g进入激活状态时，传输晶体管TRG2进入导通状态，以将光电二极管PD中累积的电荷传输到浮动扩散区域FD2。
浮动扩散区域FD1和FD2是临时保持从光电二极管PD传输过来的电荷的电荷存储部。
当提供给开关晶体管FDG1的栅极的FD驱动信号FDG1g进入激活状态时，开关晶体管FDG1进入导通状态，以将附加电容器FDL1连接到浮动扩散区域FD1。当提供给开关晶体管FDG2的栅极的FD驱动信号FDG2g进入激活状态时，开关晶体管FDG2进入导通状态，以将附加电容器FDL2连接到浮动扩散区域FD2。附加电容器FDL1和FDL2由图2所示的配线电容器64形成。
当提供给复位晶体管RST1的栅极的复位驱动信号RSTg进入激活状态时，复位晶体管RST1进入导通状态，以复位浮动扩散区域FD1的电位。当提供给复位晶体管RST2的栅极的复位驱动信号RSTg进入激活状态时，复位晶体管RST2进入导通状态，以复位浮动扩散区域FD2的电位。注意，当使复位晶体管RST1和RST2进入激活状态时，也使开关晶体管FDG1和FDG2同时进入激活状态，且此外，附加电容器FDL1和FDL2被复位。
例如，在入射光量大的高照度时，垂直驱动单元22使开关晶体管FDG1和FDG2进入激活状态，以将浮动扩散区域FD1和附加电容器FDL1连接，并将浮动扩散区域FD2和附加电容器FDL2连接。因此，能够在高照度时累积更多电荷。
另一方面，在入射光量小的低照度时，垂直驱动单元22使开关晶体管FDG1和FDG2进入非激活状态，以将附加电容器FDL1和FDL2分别与浮动扩散区域FD1和FD2断开。因此，能够增大转换效率。
当提供给电荷排出晶体管OFG的栅极的排出驱动信号OFG1g进入激活状态时，电荷排出晶体管OFG进入导通状态，以排出光电二极管PD中累积的电荷。
当放大晶体管AMP1的源极经由选择晶体管SEL1连接到垂直信号线29A时，放大晶体管AMP1被连接到恒流源(未示出)，以形成源极跟随器电路。当放大晶体管AMP2的源极经由选择晶体管SEL2连接到垂直信号线29B时，放大晶体管AMP2连接到恒流源(未示出)，以形成源极跟随器电路。
选择晶体管SEL1连接在放大晶体管AMP1的源极和垂直信号线29A之间。当提供给选择晶体管SEL1的栅极的选择信号SEL1g进入激活状态时，选择晶体管SEL1进入导通状态，以将从放大晶体管AMP1输出的检测信号VSL1输出到垂直信号线29A。
选择晶体管SEL2连接在放大晶体管AMP2的源极和垂直信号线29B之间。当提供给选择晶体管SEL2的栅极的选择信号SEL2g进入激活状态时，选择晶体管SEL2进入导通状态，以将从放大晶体管AMP2输出的检测信号VSL2输出到垂直信号线29B。
像素10的传输晶体管TRG1和TRG2、开关晶体管FDG1和FDG2、放大晶体管AMP1和AMP2、选择晶体管SEL1和SEL2、以及电荷排出晶体管OFG由垂直驱动单元22控制。
在图2所示的像素电路中，可以省略附加电容器FDL1和FDL2以及用于控制附加电容器FDL1和FDL2的连接的开关晶体管FDG1和FDG2。然而，由于设置有附加电容器FDL，并且根据入射光的量适当地使用附加电容器FDL，因此，能够确保高动态范围。
下面，简要说明像素10的操作。
首先，在开始光接收之前，在所有像素中执行用于复位像素10中的电荷的复位操作。具体地，导通电荷排出晶体管OFG、复位晶体管RST1和RST2、以及开关晶体管FDG1和FDG2，并且排出在光电二极管PD、浮动扩散区域FD1和FD2、以及附加电容器FDL1和FDL2中所存储的电荷。
在排出所存储的电荷之后，在所有像素中开始光接收。
在光接收时段中，交替驱动传输晶体管TRG1和TRG2。具体地，在第一时段中，执行控制，以导通传输晶体管TRG1，并截止传输晶体管TRG2。在第一时段中，将在光电二极管PD中产生的电荷传输到浮动扩散区域FD1。在第一时段之后的第二时段中，执行控制，以截止传输晶体管TRG1，并导通传输晶体管TRG2。在第二时段中，将在光电二极管PD中产生的电荷传输到浮动扩散区域FD2。结果，在光电二极管PD中产生的电荷被分配到浮动扩散区域FD1和FD2，并在浮动扩散区域FD1和FD2中累积。
这里，从中读出通过光电转换而获得的电荷(电子)的传输晶体管TRG和浮动扩散区域FD也被称为有效分接部(active tap)。相反，从中未读出通过光电转换而获得的电荷的传输晶体管TRG和浮动扩散区域FD也被称为无效分接部(inactive tap)。
当光接收时段结束时，接着按照行的顺序选择像素阵列单元21中的各个像素10。在所选择的像素10中，导通选择晶体管SEL1和SEL2。结果，浮动扩散区域FD1中累积的电荷作为检测信号VSL1经由垂直信号线29A输出到列处理单元23。浮动扩散区域FD2中累积的电荷作为检测信号VSL2经由垂直信号线29B输出到列处理单元23。
以上述方式完成一个光接收操作，然后执行从复位操作开始的下一个光接收操作。
根据到物体的距离，从光源发光的时间起延迟像素10待接收的反射光。由于在两个浮动扩散区域FD1和FD2中累积的电荷之间的分配比根据与到物体的距离对应的延迟时间而变化，因此，能够根据在两个浮动扩散区域FD1和FD2中累积的电荷之间的分配比来计算到物体的距离。
<4.像素的平面图>
图4是示出图3所示的像素电路中的布置的示例的平面图。
图4中的横向对应于图1中的行方向(水平方向)，纵向对应于图1中的列方向(垂直方向)。
如图4所示，光电二极管PD在矩形像素10的中心区域中由N型半导体区域52形成。
在光电二极管PD外部，沿矩形像素10的四边中的预定边线性布置传输晶体管TRG1、开关晶体管FDG1、复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1，并且沿矩形像素10的四边中的另一边线性布置传输晶体管TRG2、开关晶体管FDG2、复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2、和选择晶体管SEL2。
此外，沿着与像素10的沿线形成有传输晶体管TRG、开关晶体管FDG、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL的两边不同的边布置电荷排出晶体管OFG。
注意，图3所示的像素电路中的布置不限于该示例，并且可以是一些其他布置。
<5.像素的另一示例电路构造>
图5示出了各像素10的另一示例电路构造。
在图5中，与图3所示的部件等效的部件由与图3中使用的相同附图标记表示，并且下面将不再重复对部件进行说明。
像素10包括作为光电转换元件的光电二极管PD。像素10也包括两组第一传输晶体管TRGa、第二传输晶体管TRGb、存储器MEM、浮动扩散区域FD、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。
这里，在将像素10中的两组第一传输晶体管TRGa、第二传输晶体管TRGb、存储器MEM、浮动扩散区域FD、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL彼此区分的情况下，如图5所示，将这些晶体管称为第一传输晶体管TRGa1和TRGa2、第二传输晶体管TRGb1和TRGb2、传输晶体管TRG1和TRG2、存储器MEM1和MEM2、浮动扩散区域FD1和FD2、放大晶体管AMP1和AMP2、以及选择晶体管SEL1和SEL2。
因此，图5中的像素电路与图3中的像素电路的不同之处在于，用作为第一传输晶体管TRGa和第二传输晶体管TRGb的两种传输晶体管代替传输晶体管TRG，并且添加了存储器MEM。此外，省略了附加电容器FDL和开关晶体管FDG。
例如，第一传输晶体管TRGa、第二传输晶体管TRGb、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL包括N型MOS晶体管。
在图3所示的像素电路中，在光电二极管PD中产生的电荷被传输到并保持在浮动扩散区域FD1和FD2中。另一方面，在图5的像素电路中，在光电二极管PD中产生的电荷被传输到并保持在作为电荷存储部被设置的存储器MEM1和MEM2中。
具体地，当提供给第一传输晶体管TRGa1的栅极的第一传输驱动信号TRGa1g进入激活状态时，第一传输晶体管TRGa1进入导通状态，以将光电二极管PD中累积的电荷传输到存储器MEM1。当提供给第一传输晶体管TRGa2的栅极的第一传输驱动信号TRGa2g进入激活状态时，第一传输晶体管TRGa2进入导通状态，以将光电二极管PD中累积的电荷传输到存储器MEM2。
此外，当提供给第二传输晶体管TRGb1的栅极的第二传输驱动信号TRGb1g进入激活状态时，第二传输晶体管TRGb1进入导通状态，以将存储器MEM1中累积的电荷传输到浮动扩散区域FD1。当提供给第二传输晶体管TRGb2的栅极的第二传输驱动信号TRGb2g进入激活状态时，第二传输晶体管TRGb2进入导通状态，以将存储器MEM2中累积的电荷传输到浮动扩散区域FD2。
当提供给复位晶体管RST1的栅极的复位驱动信号RST1g进入激活状态时，复位晶体管RST1进入导通状态，以复位浮动扩散区域FD1的电位。当提供给复位晶体管RST2的栅极的复位驱动信号RST2g进入激活状态时，复位晶体管RST2进入导通状态，以复位浮动扩散区域FD2的电位。注意，当使复位晶体管RST1和RST2进入激活状态时，也会使第二传输晶体管TRGb1和TRGb2同时进入激活状态，且此外，存储器MEM1和MEM2被复位。
在图5的像素电路中，在光电二极管PD中产生的电荷被分配给存储器MEM1和MEM2，并在二者中累积。在读出时，存储在存储器MEM1和MEM2中的电荷被分别传输到浮动扩散区域FD1和FD2，并从像素10中输出。
<6.像素的平面图>
图6是示出图5所示的像素电路中的布置的示例的平面图。
图6中的横向对应于图1中的行方向(水平方向)，并且纵向对应于图1中的列方向(垂直方向)。
如图6所示，光电二极管PD在矩形像素10的中心区域中由N型半导体区域52形成。
在光电二极管PD外部，沿矩形像素10的四边中的预定边线性布置第一传输晶体管TRGa1、第二传输晶体管TRGb1、复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1，并且沿矩形像素10的四边中的另一边线性布置第一传输晶体管TRGa2、第二传输晶体管TRGb2、复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2和选择晶体管SEL2。例如，存储器MEM1和MEM2由埋入的N型扩散区域形成。
注意，图5所示的像素电路中的布置不限于该示例，并且可以是一些其他布置。
<7.背面照射型的效果>
利用上述受光元件1，能够实现以下效果。
首先，由于受光元件1是背面照射型，因此，能够使量子效率(QE)×开口率(填充因子(FF：fill factor))最大化，并且能够改善受光元件1的测距特性。
例如，如图7的箭头W11所示，普通的表面照射型图像传感器具有如下结构，其中，配线102和配线103形成在光入射面侧，来自外部的光通过光入射面侧进入作为光电转换部的PD 101。
因此，如箭头A21和箭头A22所示，从外部以一定角度倾斜地进入PD 101的光的一部分例如可能会被配线102或配线103阻挡，并且不会进入PD 101。
另一方面，例如，如箭头W12所示，背面照射型图像传感器具有如下结构，其中，配线105和配线106形成在光入射面的相对侧的表面上，来自外部的光通过光入射面进入作为光电转换部的PD 104。
因此，与表面照射型的情况相比，可以确保足够的开口率。具体地，例如，如箭头A23和箭头A24所示，以一定角度倾斜地入射到PD 104上的光从外部进入PD 104，而不会被任何配线阻挡。因此，能够接收更大量的光，并且能够提高像素灵敏度。
利用作为背面照射型ToF传感器的受光元件也能够实现利用这种背面照射型实现的像素灵敏度提高效果。
具体地，如箭头W13所示，在表面照射型ToF传感器的结构中，配线112和配线113形成在作为光电转换部的PD 111的光入射面侧。因此，如箭头A25和箭头A26所示，以一定角度倾斜地从外部进入PD 111的光的一部分例如可能会被配线112或配线113等阻挡，并且不会进入PD111。
另一方面，例如，如箭头W14所示，背面照射型ToF传感器具有如下结构，其中，用于读出电荷的传输晶体管形成在作为光电转换部的PD115的光入射面的相对侧的表面上。此外，配线117和配线118形成在PD 115的光入射面的相对侧的表面上。利用这种布置，如箭头A28和箭头A29所示，例如，以一定角度倾斜地入射到PD 115上的光进入PD 115，而不会被任何配线阻挡。
因此，在背面照射型ToF传感器中，与表面照射型ToF传感器的情况相比，能够确保足够的开口率。因此，能够使量子效率(QE)×开口率(FF)最大化，并且能够改善测距特性。
图8示出了表面照射型ToF传感器的像素和背面照射型ToF传感器的像素的截面图。
在图8左侧的表面照射型ToF传感器中，图中基板141的上侧是光入射面，并且在基板141的光入射面侧上层叠有包括多个配线的配线层152、像素间遮光膜153和片上透镜154。
在图8右侧的背面照射型ToF传感器中，在图中基板142的光入射面的相反侧的下侧形成有包括多个配线的配线层152，并且在基板142的作为光入射面侧的上侧层叠有像素间遮光膜153和片上透镜154。
注意，在图8中，每个阴影梯形形状表示因红外光被片上透镜154聚集而光强度高的区域。
例如，在表面照射型ToF传感器中，存在区域R11，在该区域中，电荷读出传输晶体管TG1和TG2存在于基板141的光入射面侧。在表面照射型ToF传感器中，由于在基板141的光入射面附近的区域R11中，红外光的强度高，因此，区域R11中进行红外光的光电转换的概率高。也就是说，由于进入无效分接部附近的区域的红外光的量很大，因此，有效分接部未检测到的信号载体的数量增加，并且电荷分离效率降低。
另一方面，在背面照射型ToF传感器中，存在区域R12，在该区域中，有效分接部和无效分接部形成在远离基板142的光入射面的位置处，或者形成在光入射面侧的相对侧的表面附近的位置处。基板142对应于
图2所示的半导体基板41。
区域R12位于基板142的光入射面侧的相对侧的表面部分处，并且区域R12也位于远离光入射面的位置处。因此，在区域R12的附近，入射红外光的强度相对较低。
在红外光强度高的区域(诸如基板142的中心附近或光入射面附近的区域等)中，通过光电转换获得的信号载体通过由有效分接部和无效分接部形成的电场梯度被引导到有效分接部，并且在有效分接部的浮动扩散区域FD被检测。
另一方面，在包括无效分接部的区域R12附近，入射红外光的强度相对较低，因此，区域R12中进行红外光的光电转换的概率较低。也就是说，进入无效分接部附近的区域的红外光的量很小。因此，在无效分接部附近通过光电转换产生的并移动到无效分接部的浮动扩散区域FD的信号载体(电子)的数量变得较小，因此，能够提高电荷分离效率。结果，能够改善测距特性。
此外，在背面照射型受光元件1中，能够减小半导体基板41的厚度，因此，可以提高提取作为信号载体的电子(电荷)时的效率。
例如，在表面照射型ToF传感器中，难以确保足够的开口率。因此，为了确保较高的量子效率并防止量子效率×开口率降低，如图9的箭头W31所示，需要将基板171的厚度增加到特定值。
结果，例如在基板171中的光入射面的相对侧的表面附近的区域中或者在区域R21中，电势梯度变得更低，并且在垂直于基板171的方向上的电场实质上变得较弱。在这种情况下，信号载体的移动速度变得较慢，因此，从进行光电转换到传输信号载体到有效分接部的浮动扩散区域FD所经过的时间变得较长。注意，在图9中，基板171中的箭头表示基板171中垂直于基板171的方向上的电场。
此外，当基板171较厚时，信号载体从基板171中远离有效分接部的位置到有效分接部的浮动扩散区域FD的移动距离较长。因此，在远离有效分接部的位置处，从进行光电转换到传输信号载体到有效分接部的浮动扩散区域FD所经过的时间变得更长。因此，在完成传输晶体管TG的切换之后，一些信号载体可能到达有效分接部，并变成错误信号。
图10示出了基板171的厚度方向上的位置与信号载体的移动速度之间的关系。区域R21对应于扩散电流区域。
在如上所述基板171较厚的情况下，当驱动频率高时，或者当以高速执行有效分接部和无效分接部之间的切换时，例如，远离有效分接部的位置(诸如区域R21等)处产生的电子没有完全被吸引到有效分接部的浮动扩散区域FD。换句话说，在分接部有效的时间较短的情况下，在有效分接部的浮动扩散区域FD中未检测到区域R21等中产生的一些电子(电荷)，并且电子提取效率变低。
另一方面，在背面照射型ToF传感器中，能够确保足够的开口率。因此，例如即使当如图9的箭头W32所示使基板172更薄时，也能够确保足够的量子效率×开口率。这里，基板172对应于图2中的半导体基板41，并且基板172中的箭头表示垂直于基板172的方向上的电场。
图11示出了基板172在厚度方向上的位置与信号载体的移动速度之间的关系。
当以这种方式减小基板172的厚度时，垂直于基板172的方向上的电场实质上变得更强，并且，仅使用漂移电流区域(其中，信号载体的移动速度高)中的电子(电荷)，而不使用扩散电流区域(其中，信号载体的移动速度低)中的电子。由于仅使用漂移电流区域中的电子(电荷)，因此，从进行光电转换到检测有效分接部的浮动扩散区域FD中的信号载体经过的时间变得较短。此外，当基板172的厚度变得较小时，信号载体到有效分接部的浮动扩散区域FD的移动距离也会变得较短。
鉴于上述事实，在背面照射型ToF传感器中，即使当驱动频率高时，在基板172的各个区域中产生的信号载体(电子)也能够被充分地吸引导有效分接部的浮动扩散区域FD，因此，能够提高电子提取效率。
此外，当减小基板172的厚度时，即使在高驱动频率下也能够确保足够的电子提取效率，并且能够增加对高速驱动的耐性(resistance)。
特别地，在背面照射型ToF传感器中，能够获得足够的开口率。因此，相应地能够使像素小型化，并且能够增加像素的小型化耐性。
此外，由于受光元件1是背面照射型的，因此，能够在后端线(BEOL：back end ofline)设计中实现自由度，因此，可以提高设置饱和信号量(Qs)时的自由度。
<8.像素的第二示例构造的截面图>
图12是示出像素10的第二示例构造的截面图。
在图12中，与图2所示的第一示例构造中等效的部件由与图2中使用的相同附图标记表示，并且将不必重复对这些部件进行说明。
除了以下方面外，图12中的第二示例构造与图2中的第一示例构造相同：用穿透半导体基板41的像素间分离部211代替像素间分离部61，像素间分离部61是从半导体基板41的背面侧(片上透镜47侧)挖掘形成的深沟槽隔离(DTI：deep trench isolation)。
像素间分离部211以如下方式形成：通过从半导体基板41的背面侧(片上透镜47侧)或前表面侧起直到到达相对侧的基板表面的方式来形成沟槽，并且用氧化硅膜55填充沟槽，氧化硅膜55是抗反射膜43最上层的材料。除了诸如氧化硅膜55等绝缘膜之外，要作为像素间分离部211埋入在沟槽中的材料例如可以是诸如钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)或氮化钛(TiN)等金属材料。
由于形成了这种像素间分离部211，因此，可以完全将相邻像素彼此电分离。结果，像素间分离部211防止入射光到达相邻像素10，并且将入射光限制在各自像素中。像素间分离部211还防止入射光从相邻像素10泄漏。
由于第二示例构造也是背面照射型的像素结构，因此，与表面照射型结构的情况相比，能够确保足够的开口率。因此，能够使量子效率(QE)×开口率(FF)最大化。
此外，在多层配线层42的多个金属膜M中，最靠近半导体基板41的第一金属膜M1在光电二极管PD的形成区域下方的区域中具有遮光构件(反射构件)63，使得在半导体基板41中未进行光电转换并已经穿过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射，并重新进入半导体基板41。利用这种布置，能够进一步增加在半导体基板41中待进行光电转换的红外光量，并且能够提高作为像素10对红外光的灵敏度的量子效率(QE)。此外，防止在半导体基板41中未进行光电转换并已经穿过半导体基板41的红外光被金属膜M散射并进入相邻像素。因此，可以防止相邻像素处的错误光检测。
<9.像素的第三示例构造的截面图>
图13是示出像素10的第三示例构造的截面图。
在图13中，与图2所示的第一示例构造等效的部件由与图2中使用的相同附图标记表示，并且将不必重复对这些部件进行说明。
在图13的第三示例构造中，位于半导体基板41(的P型半导体区域51)中的光电二极管PD的形成区域上方的PD上部区域223均具有蛾眼结构，在所述蛾眼结构中，形成有微小的凹凸。此外，与半导体基板41的PD上部区域223中的蛾眼结构一致，在半导体基板41上表面上形成的抗反射膜221也具有蛾眼结构。与第一示例构造相同，抗反射膜221由氧化铪膜53、氧化铝膜54和氧化硅膜55的叠层形成。
如上所述，由于半导体基板41的PD上部区域223是蛾眼结构，因此，可以减轻基板界面处折射率的急剧变化，并且可以降低反射光的影响。
注意，在图13中，与图2中的第一示例构造的像素间分离部61相比，由DTI(其通过从半导体基板41的背面侧(片上透镜47侧)起挖掘而形成)形成的像素间分离部61形成为到达稍微更深的位置处。形成像素间分离部61的基板厚度方向上的深度可以设置成如上的任何深度。
对于其他方面，第三示例构造与第一示例构造相同。
<10.像素的第四示例构造的截面图>
图14是示出像素10的第四示例构造的截面图。
在图14中，与上述第一示例构造至第三示例构造等效的部件由与以上使用的相同附图标记表示，并且将不必重复对这些部件进行说明。
图14中的第四示例构造与图13所示的第三示例构造的相同之处在于，PD上部区域223均包括具有蛾眼结构和抗反射膜221的基板界面。
图14中的第四示例构造与图12所示的第二示例构造的相同之处在于，包括穿过整个半导体基板41的像素间分离部211。
换句话说，图14中的第四示例构造既包括第二示例构造的像素间分离部211，又包括第三示例构造的半导体基板41和具有蛾眼结构的抗反射膜221。对于其他方面，第四示例构造与第二示例构造或第三示例构造相同。
由于第三示例构造和第四示例构造也是背面照射型的像素结构，因此，与表面照射型结构的情况相比，能够确保足够的开口率。因此，能够使量子效率(QE)×开口率(FF)最大化。
此外，在多层配线层42的预定金属膜M中设置遮光构件(反射构件)63，能够增加像素10对红外光的灵敏度，并且能够防止相邻像素处的错误光检测。
<11.像素的第五示例构造的截面图>
图15是示出像素10的第五示例构造的截面图。
在图15中，与上述第一示例构造至第四示例构造等效的部件由与以上使用的相同附图标记表示，并且将不必重复对这些部件进行说明。
在上述第一示例构造至第四示例构造中，可以省略设置在像素边界部分44中的像素间分离部61或像素间分离部211。
例如，如果省略上述第三示例构造的像素间分离部61或上述第四示例构造的像素间分离部211，则获得图15所示的结构。
图15中的第五示例构造具有省略第三示例构造的像素间分离部61的构造或省略第四示例构造的像素间分离部211的构造。在第五示例构造中，在各像素边界部分44中，抗反射膜221形成为平坦膜。对于其他方面，第五示例构造与第三示例构造或第四示例构造相同。
<蛾眼结构的透视图>
图16A是在半导体基板41的PD上部区域223中形成的蛾眼结构的透视图。
在半导体基板41的蛾眼结构中，例如，如图16A所示，(以网格状图案)规则地布置着在半导体基板41侧具有顶点的形状基本相同和尺寸基本相同的多个四角锥形区域。
注意，在图16A中，半导体基板41的上侧是光入射侧，该光入射侧是片上透镜47侧。
蛾眼结构形成在半导体基板41的光入射面侧，并且蛾眼结构具有倒金字塔结构，在该结构中，规则地布置着在光电二极管PD侧具有顶点的多个四角锥形区域。每个四角锥的底表面具有正方形形状，并且半导体基板41被挖成使得每个四角锥形区域在光电二极管PD侧凸出。在图16A中，例如，箭头W51所示的部分是每个四角锥形区域在光电二极管PD侧的顶点部分的凹部。例如，箭头W51所示的凹部具有曲率，并且具有圆形形状。
注意，不仅蛾眼结构中的各个四角锥的相应凹部可以具有一定的曲率，而且各个四角锥形区域的倾斜部分(即，图16B中的阴影部分)也可以具有一定的曲率。由于倾斜部分也具有曲率，因此，可以进一步提高抑制平坦化膜46的形成不均匀性和剥离的效果。
图17A和17B是示出半导体基板41中的蛾眼结构的另一示例的透视图。
在参照图16A和16B的上述示例中，蛾眼结构是倒金字塔结构，该倒金字塔结构由在光电二极管PD侧具有顶点的四角锥形区域形成。然而，例如，如图17A和17B所示，蛾眼结构可以是正金字塔结构。
具体地，如图17A所示，蛾眼结构形成在半导体基板41的光入射侧表面上。此外，蛾眼结构是正金字塔结构，在该结构中，以网格状图案规则地布置着在片上透镜47侧(即，光入射侧)具有顶点的多个四角锥形区域。
在图17A中，多个四角锥形区域也具有基本相同的形状和基本相同的尺寸，并且每个四角锥的底表面具有正方形形状。此外，挖掘半导体基板41以形成四角锥形区域，使得各个四角锥形区域在光电二极管PD侧的相对侧凸出。
例如，箭头W71所指示的部分是每个四角锥形区域的基部在光电二极管PD侧的凹部。箭头W71所指示的凹部具有如下部分：当在与从半导体基板41的光入射侧朝向光电二极管PD的方向基本平行的截面中观察时，该部分在光电二极管PD侧凸出。与图16A和16B所示的示例相同，凸部具有曲率，并且具有圆形形状。
在图17B中，由在上侧具有顶点的各个四角锥形的基部形成的阴影部分可以形成为具有曲率。在这种情况下，与图16A和16B所示的示例相同，可以抑制在半导体基板41上形成的平坦化膜46的形成不均匀性和剥离。
图18A和18B是示出半导体基板41中的蛾眼结构的其他示例的透视图。
在蛾眼结构中，例如，如图18A所示，微小凹凸的底表面可以具有矩形形状。
图18A所示的蛾眼结构形成在半导体基板41的光入射面侧，并且该蛾眼结构在像素10的纵向(垂直方向)或横向(水平方向)上具有长的线性凹部。
更具体地，当在与图13至图15中的截面图相同的方向上的截面中观察时，图18A所示的蛾眼结构具有锯齿形状，并且具有如下形状：其中，在一个方向上布置有形状基本相同和尺寸基本相同的多个三棱柱，且同时每个三角形的一个顶点和每个三棱柱的一个矩形表面面向光电二极管PD。
在图18A中，例如箭头W91所指示的部分是凹部，并且例如箭头W92所指示的部分是凸部。每个凹部的阴影部分是具有预定曲率的圆形形状。因此，在该示例中，还可以抑制在半导体基板41上形成的平坦化膜46的形成不均匀性和剥离。
此外，除了规则地布置有尺寸基本相同的四角锥形的结构之外，半导体基板41中的蛾眼结构还可以是如下结构：其中，如图18B所示，可以不规则地布置有尺寸彼此不同的四角锥形。
图18B所示的示例是正金字塔结构，在该结构中，在片上透镜47侧具有顶点的四角锥形区域是不规则地布置的。此外，多个四角锥形区域的尺寸不是相同的尺寸。换句话说，四角锥的尺寸和布置是随机的。
例如，箭头W93和箭头W94所指示的部分是凹部，并且凹部具有曲率并具有圆形形状。利用这种布置，可以抑制在半导体基板41上形成的平坦化膜46的形成不均匀性和剥离。
图18B示出了具有正金字塔结构的蛾眼结构，在该结构中，在片上透镜47侧具有顶点的多个四角锥形区域是随机布置的。然而，图16A和16B所示的倒金字塔结构当然可以是如下结构：其中，多个四角锥形区域的尺寸和布置是随机的。
例如，在PD上部区域223中形成的半导体基板41的蛾眼结构能够形成为具有图16A至图18B中任一者所示的形状。由此，可以减轻基板界面处的折射率的急剧变化，并且可以降低反射光的影响。
注意，在采用蛾眼结构的第三示例构造至第五示例构造中，在蛾眼结构的抗反射效果足够的情况下，可以省略其上的抗反射膜221。
<12.像素的第六示例构造的截面图>
图19是示出像素10的第六示例构造的截面图。
在图19中，与上述第一示例构造至第五示例构造等效的部件由与以上使用的相同附图标记表示，并且将不必重复对这些部件进行说明。
在上述第一示例构造至第五示例构造中，受光元件1由单个半导体基板形成，或仅由半导体基板41形成。然而，在图19的第六示例构造中，受光元件1由两个半导体基板形成：半导体基板41和半导体基板301。在下面的说明中，为了容易理解，半导体基板41和半导体基板301也将被分别称为第一基板41和第二基板301。
图19中的第六示例构造与图2中的第一示例构造的类似之处在于，像素间遮光膜45、平坦化膜46和片上透镜47形成在第一基板41的光入射面侧。第六示例构造与图2中的第一示例构造的类似之处还在于，像素间分离部61形成在第一基板41的背面侧的像素边界部分44中。
第六示例构造与第一示例构造的类似之处还在于，作为光电转换部的光电二极管PD针对各自像素形成在第一基板41中，并且传输晶体管TRG1和TRG2以及作为电荷存储部的浮动扩散区域FD1和FD2形成在第一基板41的前表面侧。
另一方面，与图2中的第一示例构造不同的方面在于，第一基板41前表面侧的配线层311的绝缘层313与第二基板301的绝缘层312接合。
第一基板41的配线层311包括至少一个金属膜M，并且遮光构件63在位于光电二极管PD的形成区域下方的区域中由金属膜M形成。
像素晶体管Tr1和Tr2形成在绝缘层312侧的相对侧的界面处，所述绝缘层312侧是第二基板301的接合面侧。例如，像素晶体管Tr1和Tr2是放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。
换句话说，在仅包括单个半导体基板41(第一基板41)的第一示例构造至第五示例构造中，包括传输晶体管TRG、开关晶体管FDG、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL的所有像素晶体管形成在半导体基板41中。另一方面，在包括两个半导体基板的层叠结构的第六示例构造的受光元件1中，除了传输晶体管TRG之外的像素晶体管，或开关晶体管FDG、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL形成在第二基板301中。
包括至少两个金属膜M的多层配线层321形成在第二基板301的与第一基板41侧相对的一侧。多层配线层321包括第一金属膜M11、第二金属膜M12和层间绝缘膜333。
用于控制传输晶体管TRG1的传输驱动信号TRG1g通过穿过第二基板301的硅通孔(TSV：through silicon via)331-1从第二基板301的第一金属膜M11提供到第一基板41的传输晶体管TRG1的栅极。用于控制传输晶体管TRG2的传输驱动信号TRG2g通过穿过第二基板301的TSV 331-2从第二基板301的第一金属膜M11提供到第一基板41的传输晶体管TRG2的栅极。
同样地，在浮动扩散区域FD1中累积的电荷通过穿过第二基板301的TSV 332-1从第一基板41侧传输到第二基板301的第一金属膜M11。在浮动扩散区域FD2中累积的电荷通过穿过第二基板301的TSV 332-2从第一基板41侧传输到第二基板301的第一金属膜M11。
配线电容器64形成在第一金属膜M11或第二金属膜M12的区域(未示出)中。其中形成有配线电容器64的金属膜M被设计成具有用于形成电容器的高配线密度，并且连接到传输晶体管TRG、开关晶体管FDG等的栅极的金属膜M被设计成具有用以减少感应电流的低配线密度。连接到栅极的配线层(金属膜M)可以随每个像素晶体管而变化。
如上所述，第六示例构造的像素10能够通过层叠第一基板41和第二基板301这两个半导体基板形成。除了传输晶体管TRG之外的像素晶体管形成在第二基板301中，所述第二基板301与包括光电转换部的第一基板41不同。此外，用于控制像素10的驱动的垂直驱动单元22、像素驱动线28和用于发送检测信号的垂直信号线29也都形成在第二基板301中。因此，能够使像素小型化，并且后端线(BEOL)设计的自由度变得更高。
由于第六示例构造也是背面照射型的像素结构，因此，与表面照射型结构的情况相比，能够确保足够的开口率。因此，能够使量子效率(QE)×开口率(FF)最大化。
此外，配线层311的最靠近第一基板41并与光电二极管PD的形成区域重叠的区域包括遮光构件(反射构件)63，使得在半导体基板41中未进行光电转换并且已经穿过半导体基板41的红外光被遮光构件63反射，并重新进入半导体基板41。利用这种布置，能够进一步增加待在半导体基板41中进行光电转换的红外光的量，并且能够提高作为像素10对红外光的灵敏度的量子效率(QE)。此外，能够防止在半导体基板41中未进行光电转换并且已经穿过半导体基板41的红外光进入第二基板301侧。
<第六示例构造的制造方法>
下面，参照图20A至图20F，说明第六示例构造的制造方法。
首先，如图20A所示，在于第一基板41的预定区域中逐个像素地形成作为光电转换部的光电二极管PD和浮动扩散区域FD之后，形成传输晶体管TRG的栅极351。
接下来，如图20B所示，在于传输晶体管TRG的栅极351和第一基板41的上表面上形成绝缘膜361之后，形成作为图案的与光电二极管PD的区域对应的遮光构件63。
接下来，如图20C所示，在遮光构件63和绝缘膜361上进一步层叠绝缘膜，以形成绝缘层313，并且形成作为第一基板41的前表面侧的配线层311。然后，将第二基板301的背面侧的绝缘层312与第一基板41的绝缘层313接合，在第二基板301中，预先形成有诸如放大晶体管AMP和选择晶体管SEL等像素晶体管Tr1和Tr2。
接下来，如图20D所示，在于第二基板301的上表面上形成绝缘层362之后，形成沟槽371-1和371-2，以用于与像素晶体管Tr1和Tr2的栅极接触。此外，在将第一基板41和第二基板301电连接所需的部分(诸如传输晶体管TRG1和TRG2的栅极以及浮动扩散区域FD1和FD2等)处形成穿过第二基板301的沟槽372-1、372-2、373-1和373-2。
接下来，如图20E所示，用诸如钨(W)等金属材料填充沟槽371-1和371-2、以及沟槽372-1、372-2、373-1和373-2。结果，形成TSV 331-1、331-2、332-1和332-2。
接下来，如图20F所示，在绝缘层362上形成第一金属膜M11、第二金属膜M12和绝缘层，这样，形成多层配线层321。
在图20F之后，在作为第一基板41的光入射面的背面侧形成抗反射膜43和片上透镜47等。由此，完成图19中的受光元件1。
注意，图19所示的第六示例构造是通过将图2所示的第一示例构造变形成两个半导体基板的层叠结构而形成的构造。然而，当然可以采用通过将第二示例构造至第五示例构造中任意者变形成两个半导体基板的层叠结构而形成的构造。
<13.四分接部像素构造的示例>
第一示例构造至第六示例构造中的每个像素10是所谓的双分接部像素结构，其具有作为用于一个光电二极管PD的传输栅极的两个传输晶体管TRG1和TRG2，具有作为电荷存储部的两个浮动扩散区域FD1和FD2，并将在光电二极管PD中产生的电荷分配到两个浮动扩散区域FD1和FD2。
另一方面，像素10可以是所谓的四分接部像素结构，其具有用于一个光电二极管PD的四个传输晶体管TRG1至TRG4和浮动扩散区域FD1至FD4，并将在光电二极管PD中产生的电荷分配到四个浮动扩散区域FD1至FD4。
图21是在四分接部像素结构的情况下的像素10的平面图。
像素10包括四组第一传输晶体管TRGa、第二传输晶体管TRGb、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。
在光电二极管PD外部，沿着矩形像素10的四边中的每一边线性地布置一组第一传输晶体管TRGa、第二传输晶体管TRGb、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。
在图21中，用数字1至数字4中的一者表示沿矩形像素10的四边中的一边布置的一组第一传输晶体管TRGa、第二传输晶体管TRGb、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL，从而将该组与其他组区分开。
如上所述，像素10可以具有如下结构：将光电二极管PD中产生的电荷分配给两个分接部的结构，或将电荷分配给四个分接部的结构。像素10不一定具有双分接部结构，并且可以具有三个或三个以上分接部的结构。
例如，在像素10具有双分接部结构的情况下，执行驱动，以通过在第一分接部和第二分接部之间将相位(光接收时序)移位180°来将所产生的电荷分配到两个浮动扩散区域FD。另一方面，在像素10具有四分接部结构的情况下，可以执行驱动，以通过在第一分接部至第四分接部中的每两个分接部之间将相位(光接收时序)移位90°来将所产生的电荷分配到四个浮动扩散区域FD。然后，能够基于在四个浮动扩散区域FD中累积的电荷的分配比来确定到物体的距离。
<14.测距模块的示例构造>
图22是示出使用上述受光元件1输出测距信息的测距模块的示例构造的框图。
测距模块500包括发光单元511、发光控制器512和受光单元513。
发光单元511具有发射预定波长的光的光源，并且发光单元511将亮度周期性变化的照射光发射到物体。例如，发光单元511具有作为光源的发射波长为780nm～1000nm的红外光的发光二极管，并且发光单元511与从发光控制器512提供的方波发光控制信号CLKp同步地发射照射光。
注意，虽然发光控制信号CLKp不一定是方形，但是必须是周期信号。例如，发光控制信号CLKp可以是正弦波。
发光控制器512将发光控制信号CLKp提供给发光单元511和受光单元513，并且控制发射照射光的时序。例如，发光控制信号CLKp的频率是20兆赫兹(MHz)。注意，发光控制信号CLKp的频率不一定是20兆赫兹(MHz)，并且可以是5兆赫兹(MHz)等。
受光单元513接收从物体反射的光，根据光接收结果计算针对每个像素的距离信息，且生成并输出深度图像，在深度图像中，将与到物体(被摄体)的距离对应的深度值作为像素值存储。
使用具有上述第一示例构造至第六示例构造中任一者的像素结构的受光元件1作为受光单元513。例如，作为受光单元513的受光元件1以发光控制信号CLKp为基础根据与已经分配到像素阵列单元21中的各像素10的浮动扩散区域FD1或FD2的电荷对应的信号强度来计算针对各像素的距离信息。注意，如上所述，每个像素10的分接部数量可以是四个等。
如上所述，具有上述第一示例构造至第六示例构造中任一者的像素结构的受光元件1能够作为受光单元513并入测距模块500中，所述测距模块500用于通过间接ToF方法来计算并输出表示到物体的距离的信息。因此，能够改善测距模块500的测距特性。
<15.电子设备的示例构造>
注意，受光元件1能够应用于如上所述的测距模块，并且还能够应用于各种电子设备，例如，诸如像数码相机或数码摄像机等具有测距功能的成像装置、和具有测距功能的智能手机等。
图23是示出作为应用本技术的电子设备的智能手机的示例构造的框图。
如图23所示，智能手机601包括测距模块602、成像装置603、显示器604、扬声器605、麦克风606、通信模块607、传感器单元608、触控面板609和控制单元610，它们通过总线611连接。此外，在控制单元610中，CPU执行程序，以实现作为应用处理单元621和操作***处理单元622的功能。
将图22中的测距模块500应用于测距模块602。例如，测距模块602布置在智能手机601的前表面，并且为智能手机601的用户执行测距，以将用户的面部、手或手指等的表面形状的深度值作为测量值输出。
成像装置603布置在智能手机601的前表面，并且通过对作为被摄体的智能手机601的用户进行成像来获取表示用户的图像。注意，尽管未示出，但是成像装置603也可以布置在智能手机601的背面。
显示器604显示用应用处理单元621和操作***处理单元622执行处理的操作画面、由成像装置603拍摄的图像等。例如，当用智能手机601进行语音呼叫时，扬声器605和麦克风606输出来自另一端的语音，并收集用户的语音。
通信模块607经由通信网络来执行网络通信，这些通信网络诸如是：因特网、公共电话网络、用于无线移动体的广域通信网络(诸如所谓的4G网络或5G网络等)、广域网(WAN：wide area network)、局域网(LAN：local area network)或短距离无线通信(诸如Bluetooth(注册商标)或近场通信(NFC：near field communication)等)。传感器单元608感测速度、加速度和接近度等，并且触控面板609获取用户在显示器604上显示的操作画面上执行的触摸操作。
应用处理单元621执行通过智能手机601提供各种服务的处理。例如，应用处理单元621能够基于从测距模块602提供的深度值，执行通过虚拟地再现用户的表情的计算机图形来创建面部并在显示器604上显示该面部的处理。应用处理单元621还能够例如基于从测距模块602提供的深度值来执行创建三维物体的三维形状数据的处理。
操作***处理单元622执行处理以实现智能手机601的基本功能和操作。例如，操作***处理单元622能够执行基于从测距模块602提供的深度值来验证用户的面部并对智能手机601解锁的处理。此外，例如，操作***处理单元622基于从测距模块602提供的深度值来执行识别用户手势的处理，然后根据该手势执行输入各种操作的处理。
在如上所述构造的智能手机601中，上述测距模块500被用作测距模块602，从而例如能够测量和显示到预定物体的距离，或者能够创建和显示预定物体的三维形状数据。
<16.移动体的示例应用>
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实施为安装在任何类型的移动体上的装置，这些移动体例如是：机动车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备(personal mobility device)、飞机、无人机(drone)、船舶或机器人等。
图24是示意性示出作为能够应用根据本公开的技术的移动体控制***的示例的车辆控制***的示例构造的框图。
车辆控制***12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图24所示的示例中，车辆控制***12000包括：驱动***控制单元12010、车身***控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及整体控制单元12050。还示出了作为整体控制单元12050的功能组件的微计算机12051、声音/图像输出单元12052以及车载网络接口(I/F)12053。
驱动***控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动***有关的设备的操作。例如，驱动***控制单元12010起到下列的控制装置的作用：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设备；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角度的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动设备等。
车身***控制单元12020根据各种程序来控制安装在车体上的各种设备的操作。例如，车身***控制单元12020起到下列的控制装置的作用：无钥匙进入***；智能钥匙***；电动车窗装置；或者诸如前灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，车身***控制单元12020能够接收从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波、或各种开关的信号。车身***控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、和灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制***12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。根据所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行用于检测行人、车辆、障碍物、标志、路面上的符号等的物体检测处理，或者执行距离检测处理。
成像单元12031是用于接收光并且输出与所接收的光量对应的电信号的光学传感器。成像单元12031能够将该电信号作为图像而输出，或者能够将该电信号作为距离测量信息而输出。此外，由成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外光等非可见光。
车内信息检测单元12040检测与车辆内部有关的信息。例如，用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测器12041连接到车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测器12041包括例如用于拍摄驾驶员图像的相机，并且根据从驾驶员状态检测器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专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
根据由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取到的外部/内部信息，微计算机12051能够计算出驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且能够向驱动***控制单元12010输出控制命令。例如，微计算机12051能够执行用于实现高级驾驶员辅助***(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，所述高级驾驶员辅助***的功能包括：车辆碰撞避免或撞击减缓、基于车辆间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告、或车道偏离警告等。
此外，微计算机12051还能够通过根据关于车辆周围环境的信息(该信息已经由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取到)来控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等，由此执行用于实现不依赖驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
微计算机12051还能够根据由车外信息检测单元12030获取到的外部信息向车身***控制单元12020输出控制命令。例如，微计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯，并且通过从远光灯切换到近光灯来执行用于实现防眩光效果等的协同控制。
声音/图像输出单元12052将音频输出信号和/或图像输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或在听觉上向车内的乘客或车辆外部通知信息。在图24所示的示例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表盘12063被示出为输出设备。例如，显示单元12062可以包括车载显示器(on-board display)和/或平视显示器(head-up display)。
图25是示出成像单元12031的安装位置的示例的图。
在图25中，车辆12100包括作为成像单元12031的成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
成像单元12101、12102、12103、12104和12105例如被设置在以下位置：车辆12100的前端缘、侧视镜、后保险杠、后门和车内的前挡风玻璃的上部。设置于前端缘的成像单元12101和设置于车内的前挡风玻璃的上部的成像单元12105主要拍摄车辆12100前方的图像。设置于侧视镜的成像单元12102和12103主要拍摄车辆12100两侧的图像。设置于后保险杠或后门的成像单元12104主要拍摄车辆12100后方的图像。由成像单元12101和12105获取到的前方图像主要用于检测在车辆12100前方行驶的车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、或车道等。
注意，图25示出了成像单元12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前端缘上的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113表示设置在各自侧视镜上的成像单元12102和12103的成像范围，并且成像范围12114表示设置在后保险杠上或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，将由成像单元12101至12104拍摄到的图像数据彼此叠加，就能获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个成像装置的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像装置。
例如，微计算机12051根据从成像单元12101至12104获得的距离信息计算出到成像范围12111至12114内的各三维物体的距离以及距离的时域变化(相对于车辆12100的速度)。以这种方式，能够将作为在车辆12100的行驶路径上的最接近的且在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的三维物体提取为在车辆12100前方行驶的车辆。此外，微计算机12051能够预先设定在车辆12100前方行驶的车辆前方要保持的车间距离，并且能够执行自动制动控制(包括跟车停止控制)、以及自动加速控制(包括跟车起步控制)等。以这种方式，可以执行用于实现不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，微计算机12051能够根据从成像单元12101至12104获得的距离信息来提取与两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、和电线杆等类别下的三维物体有关的三维物体数据，并且能够在自动避开障碍物时使用这些三维物体数据。例如，微计算机12051将车辆12100附近的障碍物分类为车辆12100的驾驶员可见的障碍物和视觉上难以识别的障碍物。然后，微计算机12051判断用于表示与各个障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险。如果碰撞风险大于或等于设定值并且存在碰撞可能性，则微计算机12051通过音频扬声器12061和显示单元12062向驾驶员输出警告，或者能够通过驱动***控制单元12010进行强制减速或避让转向来执行用于避免碰撞的驾驶辅助。
成像单元12101至12104中的至少一者可以是用于检测红外光的红外相机。例如，微计算机12051能够通过判断成像单元12101至12104所拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，这种行人识别是通过如下处理来执行的：从作为红外相机的成像单元12101至12104拍摄的图像中提取特征点的处理；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配并判定是否存在行人的处理。如果微计算机12051判定在成像单元12101至12104拍摄的图像中存在行人并且识别出行人，则声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，以使该显示单元以叠加的方式显示用于强调识别出的行人的矩形轮廓线。声音图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，以使该显示单元在所期望的位置处显示用于表示行人的图标等。
上面已经说明了能够应用根据本公开的技术的车辆控制***的示例。在上述构造中，根据本公开的技术能够应用于车外信息检测单元12030和成像单元12031。具体地，受光元件1或测距模块500能够应用于车外信息检测单元12030或成像单元12031的距离检测处理块。由于将根据本公开的技术应用于车外信息检测单元12030或成像单元12031，因此，能够以高精度测量到物体(例如，人、汽车、障碍物、路标、或路面上的字符等)的距离。利用所获得的距离信息，可以减轻驾驶员的疲劳度，并提高驾驶员和车辆的安全性。
本技术的实施例不限于上述实施例，并且在不脱离本技术的范围的情况下，能够对它们进行各种修改。
此外，在上述受光元件1中，已经说明了将电子用作信号载体的示例。然而，也可以将通过光电转换产生的空穴用作信号载体。
例如，可以采用上述受光元件1中的所有或一些实施例的组合。
此外，本说明书中描述的有利效果仅仅是示例，本技术的有利效果不限于它们，并可以包括其他效果。
注意，本技术还可以体现在下述构造中。
(1)
一种受光元件，包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，其布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
其中，所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
(2)
根据(1)所述的受光元件，
其中，所述像素间分离部在所述深度方向上穿透所述半导体层。
(3)
根据(1)或(2)所述的受光元件，
其中，所述半导体层还包括：
第一附加电容器；
第一开关晶体管，其将所述第一附加电容器连接到所述第一电荷存储部；
第二附加电容器；以及
第二开关晶体管，其将所述第二附加电容器连接到所述第二电荷存储部。
(4)
根据(3)所述的受光元件，
其中，所述第一附加电容器和所述第二附加电容器包括所述配线层中的配线电容器。
(5)
根据(4)所述的受光元件，
其中，所述配线层包括形成有所述遮光构件的层和形成有所述配线电容器的层，并且
所述配线电容器形成在比所述遮光构件更远离所述半导体层的层中。
(6)
根据(1)～(5)中任一项所述的受光元件，
其中，所述遮光构件包括两层。
(7)
根据(1)～(6)中任一项所述的受光元件，还包括：
像素间遮光膜，其位于所述半导体层的像素边界部分处。
(8)
根据(1)～(7)中任一项所述的受光元件，
其中，所述半导体层的位于所述光电二极管上方的区域为蛾眼结构，在所述蛾眼结构中，形成有微小的凹凸。
(9)
根据(1)～(8)中任一项所述的受光元件，
其中，所述半导体层形成有彼此接合的第二半导体层和所述配线层，所述第二半导体层是另一半导体层，并且
所述第二半导体层包括至少放大晶体管和选择晶体管。
(10)
一种测距模块，包括：
受光元件；
光源，其发射具有周期性变化亮度的照射光；以及
发光控制器，其控制发射所述照射光的时序，
其中，所述受光元件包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，其布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
(11)
一种电子设备，包括：
测距模块，所述测距模块包括：
受光元件；
光源，其发射具有周期性变化亮度的照射光；以及
发光控制器，其控制发射所述照射光的时序，
其中，所述受光元件包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，其布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，其将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，其针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
本领域技术人员应该理解，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。
附图标记列表
1 受光元件
10 像素
PD 光电二极管
RST 复位晶体管
SEL 选择晶体管
TRG 传输晶体管
FD 浮动扩散区域
FDG 开关晶体管
FDL 附加电容器
M 金属膜
MEM 存储器
OFG 电荷排出晶体管
21 像素阵列单元
41 半导体基板(第一基板)
42 多层配线层
43 抗反射膜
44 像素边界部分(边界部分)
45 像素间遮光膜
47 片上透镜
61 像素间分离部
63 遮光构件(反射构件)
64 配线电容器
211 像素间分离部
221 抗反射膜
223 PD上部区域
301 半导体基板(第二基板)
321 多层配线层
500 测距模块
511 发光单元
512 发光控制器
513 受光单元
601 智能手机
602 测距模块

Claims (11)

1.一种受光元件，其特征在于，包括：
片上透镜；
配线层；以及
半导体层，所述半导体层布置在所述片上透镜和所述配线层之间，
其中，所述半导体层包括：
光电二极管；
第一传输晶体管，所述第一传输晶体管将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第一电荷存储部；
第二传输晶体管，所述第二传输晶体管将在所述光电二极管中产生的电荷传输到第二电荷存储部；以及
像素间分离部，所述像素间分离部针对所述半导体层的深度方向上的至少一部分将相邻像素的所述半导体层彼此分离开，
所述配线层具有包括遮光构件的至少一层，并且
所述遮光构件被布置成在平面图中与所述光电二极管重叠。
2.根据权利要求1所述的受光元件，其特征在于，
所述像素间分离部在所述深度方向上穿透所述半导体层。
3.根据权利要求1所述的受光元件，其特征在于，
所述半导体层还包括：
第一附加电容器；
第一开关晶体管，所述第一开关晶体管将所述第一附加电容器连接到所述第一电荷存储部；
第二附加电容器；以及
第二开关晶体管，所述第二开关晶体管将所述第二附加电容器连接到所述第二电荷存储部。
4.根据权利要求3所述的受光元件，其特征在于，
所述第一附加电容器和所述第二附加电容器包括所述配线层中的配线电容器。
5.根据权利要求4所述的受光元件，其特征在于，
所述配线层包括形成有所述遮光构件的层和形成有所述配线电容器的层，并且
所述配线电容器形成在比所述遮光构件更远离所述半导体层的层中。
6.根据权利要求1所述的受光元件，其特征在于，
所述遮光构件包括两层。
7.根据权利要求1所述的受光元件，其特征在于，还包括：
像素间遮光膜，所述像素间遮光膜位于所述半导体层的像素边界部分处。
8.根据权利要求1所述的受光元件，其特征在于，
所述半导体层的位于所述光电二极管上方的区域为蛾眼结构，在所述蛾眼结构中，形成有微小的凹凸。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的受光元件，其特征在于，
所述半导体层形成有彼此接合的第二半导体层和所述配线层，所述第二半导体层是另一半导体层，并且
所述第二半导体层包括至少放大晶体管和选择晶体管。
10.一种测距模块，其特征在于，包括：
根据权利要求1-9中任一项所述的受光元件；
光源，所述光源发射具有周期性变化亮度的照射光；以及
发光控制器，所述发光控制器控制发射所述照射光的时序。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
根据权利要求10所述的测距模块。
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