JP7696830B2 - 受光素子及び受光装置 - Google Patents

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Description

本開示は、受光素子及び受光装置に関する。
対象物までの距離を測定する方法として、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサ（受光装置）が知られている。ＴＯＦセンサは、例えば、間接式ＴＯＦセンサの場合、対象物に所定の周期を持つ照射光を照射し、照射光と反射光との位相差を検出することで、対象物までの距離を測定することができる。そして、当該ＴＯＦセンサにおいては、短い間隔で、受光を複数繰り返すことにより、信号量を増加させてＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比を高め、精度の高い測距を可能にしている。
特開２０１９－４１４９号公報
上述したように、ＴＯＦセンサ（受光装置）は、Ｓ／Ｎ比を高めるために、短い間隔で、受光を複数繰り返す。従って、ＴＯＦセンサに内蔵されたフォトダイオードでの受光により発生した電荷は、高速で転送されることが求められる。
そこで、このような状況に鑑みて、本開示では、高速で電荷を転送することができる、受光素子及び受光装置を提案する。
本開示によれば、半導体基板と、前記半導体基板内に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第１の電荷蓄積部と、前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第１の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第１の振り分けゲートと、前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第２の電荷蓄積部と、前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第２の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第２の振り分けゲートとを備え、前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた一対の埋込ゲート部をそれぞれ有する、受光素子が提供される。
また、本開示によれば、１つ又は複数の受光素子を備える受光装置であって、前記受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板内に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第１の電荷蓄積部と、前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第１の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第１の振り分けゲートと、前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第２の電荷蓄積部と、前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第２の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第２の振り分けゲートとを有し、前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた一対の埋込ゲート部をそれぞれ有する、受光装置が提供される。
本開示の実施形態に係る測距モジュール１の構成例を示すブロック図である。 本開示の実施形態に係る受光部３０の平面構成例を示す説明図（その１）である。 本開示の実施形態に係る受光部３０の平面構成例を示す説明図（その２）である。 本開示の実施形態に係る受光部３０の平面構成例を示す説明図（その３）である。 本開示の実施形態に係る受光素子１０の等価回路図である。 本開示の実施形態に係る測距モジュール１を用いた距離の算出方法の原理を説明するための説明図である。 本開示の第１の実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 図５のＡ―Ａ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。 図５のＢ―Ｂ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。 同実施形態を説明するための説明図である。 図６の領域Ｄの拡大図である。 同実施形態の変形例１に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例２に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例３に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例４に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例５に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例６に係る受光素子１０の一部の断面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例７に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。 本開示の第２の実施形態に係る受光素子１０を説明するための説明図である。 同実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例１に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例２に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図（その１）である。 同実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図（その２）である。 同実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図（その３）である。 同実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図（その４）である。 同実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図（その５）である。 同実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図（その６）である。 本開示の第３の実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 図２２のＣ―Ｃ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。 図２２のＤ－Ｄ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。 本開示の第４の実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。 図２４のＥ―Ｅ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。 図２４のＦ―Ｆ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。 本開示の実施形態に係る測距モジュール１を適用した電子機器としてのスマートフォン９００の構成例を示すブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 内視鏡の構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下に、添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、本明細書及び図面において、実質的に同一又は類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一又は類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
また、以下の説明で参照される図面は、本開示の実施形態の説明とその理解を促すための図面であり、わかりやすくするために、図中に示される形状や寸法、比などは実際と異なる場合がある。さらに、図中に示される素子や装置に含まれる構成要素等は、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
また、以下の説明においては、本開示の実施形態を裏面照射型受光装置に適用した場合を例に説明し、従って、当該受光装置においては、基板の裏面側から光が入射されることとなる。従って、以下の説明においては、基板の表面とは、光が入射される側を裏面とした場合に、裏面と対向する面となる。
以下の説明における具体的な長さや形状についての記載は、数学的に定義される数値と同一の値や幾何学的に定義される形状だけを意味するものではない。詳細には、以下の説明における具体的な長さや形状についての記載は、素子、その製造工程、及び、その使用・動作において許容される程度の違い（誤差・ひずみ）がある場合やその形状に類似する形状をも含むものとする。例えば、以下の説明において「円形状」又は「略円形状」と表現した場合には、真円に限定されるものではなく、楕円形等といった真円に類似する形状をも含むことを意味することとなる。
さらに、以下の回路（電気的な接続）の説明においては、特段の断りがない限りは、「電気的に接続」とは、複数の要素の間を電気（信号）が導通するように接続することを意味する。加えて、以下の説明における「電気的に接続」には、複数の要素を直接的に、且つ、電気的に接続する場合だけでなく、他の要素を介して間接的に、且つ、電気的に接続する場合も含むものとする。
また、以下の説明において、「共有している」とは、特段の断りがない限りは、複数の一の要素が共有するように他の要素が設けられていることを意味し、言い換えると、他の要素は、所定の数の一の要素のそれぞれに共有されていることを意味する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１． 本開示の実施形態に係る測距モジュール１の構成例
２． 本開示の実施形態に係る受光部３０の構成例
３． 本開示の実施形態に係る受光素子１０の等価回路
４． 本開示の実施形態に係る測距モジュール１を用いた距離の算出方法の原理
５． 本実施形態を創作するに至る背景
６． 第１の実施形態
７． 第２の実施形態
８． 第３の実施形態
９． 第４の実施形態
１０． まとめ
１１． 電子機器の構成例
１２． 内視鏡手術システムへの応用例
１３． 移動体への応用例
１４． 補足
＜＜１． 本開示の実施形態に係る測距モジュール１の構成例＞＞
まずは、図１を参照して、本開示の実施形態に係る測距モジュール１の概略的な構成を説明する。図１は、本開示の実施形態に係る測距モジュール１の構成例を示すブロック図である。詳細には、測距モジュール１は、図１に示すように、照射部２０と、受光部３０と、制御部（照射制御部）４０と、処理部６０とを主に有することができる。以下に、本実施形態に係る測距モジュール１に含まれる各機能ブロックについて説明する。
（照射部２０）
照射部２０は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源（図示省略）と光学素子（図示省略）とを有している。照射される光の波長は、ＬＥＤ光源を適宜選択することにより、変えることができる。なお、本実施形態においては、照射部２０は、例えば、波長７８０ｎｍ～１０００ｎｍ範囲の赤外光を照射するものとして説明するが、本実施形態においては、このような赤外光を照射することに限定されるものではない。また、照射部２０は、後述する制御部４０から供給される矩形信号のような周期的な信号と同期して、周期的に明るさが変動する照射光を、対象物８００へ照射することができる。
（受光部３０）
受光部３０は、対象物８００から反射した反射光を受光する。受光部３０は、集光レンズ（図示省略）と後述する複数の受光素子１０とを有している。集光レンズは、受光した光を各受光素子１０に集める機能を有する。また、受光素子１０は、受光した光の強度に基づいて電荷（例えば、電子）を生成し、生成した電荷を、後述する制御部４０から供給される矩形信号のような周期的な信号と同期して、内蔵するトランジスタ（振り分けトランジスタＶＧ；図３参照）を駆動させ、電荷蓄積部ＭＥＭ（図３ 参照）へ転送する。さらに、電荷蓄積部ＭＥＭへ転送された電荷は、信号に変換されて最終的に処理部６０へ転送されることとなる。なお、当該受光素子１０の詳細については、後述する。
（制御部４０）
制御部４０は、周期的な信号を照射部２０及び受光部３０に供給し、照射光の照射タイミングや、上記トランジスタの駆動タイミングを制御する。当該信号の周波数は、例えば５～２０メガヘルツ（ＭＨｚ）であることができるが、本実施形態においてはこのような周波数に限定されるものではない。また、制御部４０は、上記トランジスタ（振り分けトランジスタＶＧ；図３参照）を、例えば差動等、互いに異なるタイミングで動作するように制御する。
（処理部６０）
処理部６０は、受光部３０からの信号を取得し、取得した信号に基づいて、例えば間接ＴｏＦ（ｉＴｏＦ）方式により対象物８００までの距離を取得することができる。なお、距離の算出方法については、後述する。
＜＜２. 本開示の実施形態に係る受光部３０の構成例＞＞
次に、図２Ａから図２Ｃを参照して、本開示の実施形態に係る受光部３０の平面構成例について説明する。図２Ａから図２Ｃは、本開示の実施形態に係る受光部３０の平面構成例を示す説明図である。詳細には、図２Ａに示すように、本実施形態に係る受光部３０は、例えばシリコンからなる半導体基板２００上に設けられた、画素アレイ部１２、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４、水平駆動回路部３６、出力回路部３８、及び、制御回路部４４等を含む。以下に、本実施形態に係る受光部３０の各ブロックの詳細について説明する。
（画素アレイ部１２）
画素アレイ部１２は、半導体基板２００上にマトリックス状（行方向および列方向の行列状）に２次元配置された複数の受光素子１０を有する。各受光素子１０は、光を電荷（例えば電子）に変換する光電変換部（フォトダイオードＰＤ）（図示省略）と、複数の画素トランジスタ（例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ）（図示省略）等とを有している。言い換えると、画素アレイ部１２は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する画素を複数有する。そして、上記画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタ等の各種機能を持ったトランジスタを含むことができる。なお、受光素子１０の等価回路等の詳細については後述する。
ここで、行方向とは、水平方向の受光素子１０の配列方向をいい、列方向とは、垂直方向の受光素子１０の配列方向をいう。行方向は、図２Ａ中、左右方向であり、列方向は、図２Ａ中、上下方向である。画素アレイ部１２においては、行列状の受光素子１０の配列に対して、行ごとに画素駆動配線４２が行方向に沿って配線されるとともに、各列に垂直信号線４８が列方向に沿って配線されている。例えば画素駆動配線４２は、受光素子１０から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。
（垂直駆動回路部３２）
垂直駆動回路部３２は、例えばシフトレジスタやアドレスデコーダ等によって形成され、画素駆動配線４２を選択し、選択された画素駆動配線４２に受光素子１０を駆動するためのパルスを供給し、全受光素子１０同時あるいは行単位で受光素子１０を駆動する。例えば、垂直駆動回路部３２は、画素アレイ部１２の各受光素子１０を行単位で順次垂直方向（図２Ａ中の上下方向）に選択走査し、各受光素子１０のフォトダイオードＰＤの受光量に応じて生成された電荷に基づく画素信号を、垂直信号線４８を通して後述するカラム信号処理回路部３４に供給する。
（カラム信号処理回路部３４）
カラム信号処理回路部３４は、受光素子１０の列ごとに配置されており、１行分の受光素子１０から出力される信号に対して列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路部３４は、受光素子１０の固有の固定パターンノイズを除去するためにＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング)及びＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｅｇｉｔａｌ）変換等の信号処理を行う。
（水平駆動回路部３６）
水平駆動回路部３６は、例えばシフトレジスタやアドレスデコーダなどによって形成され、水平走査パルスを順次出力することによって、上述したカラム信号処理回路部３４の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路部３４の各々から信号を水平信号線４６に出力させることができる。
（出力回路部３８）
出力回路部３８は、上述したカラム信号処理回路部３４の各々から水平信号線４６を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行い出力することができる。出力回路部３８は、例えば、バッファリング（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）を行う機能部として機能してもよく、もしくは、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等の処理を行ってもよい。なお、バッファリングとは、信号のやり取りの際に、処理速度や転送速度の差を補うために、一時的に信号を保存することをいう。
（制御回路部４４）
制御回路部４４は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また、受光素子１０の内部情報等のデータを出力することができる。すなわち、制御回路部４４は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４及び水平駆動回路部３６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路部４４は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４及び水平駆動回路部３６等に出力する。
（振り分けトランジスタ駆動部５０、信号処理部５２、データ格納部５４）
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、受光素子１０には、振り分けトランジスタ駆動部５０、信号処理部５２、及びデータ格納部５４が設けられてもよい。すなわち、振り分けトランジスタ駆動部５０、信号処理部５２、及びデータ格納部５４は、半導体基板２００上に設けられてもよい。しかしながら、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、振り分けトランジスタ駆動部５０、信号処理部５２、及びデータ格納部５４は、別の半導体基板（図示省略）に設けられてもよい。まずは、振り分けトランジスタ駆動部５０は、後述する振り分けトランジスタＶＧ（図３ 参照）の動作を制御する。例えば、振り分けトランジスタ駆動部５０は、図２Ｂに示すように、列方向に沿って画素アレイ部１２と隣り合うように設けられてもよく、もしくは、図２Ｃに示すように、行方向に沿って画素アレイ部１２と隣り合うように設けられていてもよく、本実施形態においては、特に限定されるものではない。また、信号処理部５２は、少なくとも演算処理機能を有し、出力回路部３８から出力される信号に基づいて、演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部５４は、信号処理部５２の信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
なお、本実施形態に係る受光部３０の平面構成例は、図２Ａから図２Ｃに示される例に限定されるものではなく、例えば、他の回路等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
＜＜３． 本開示の実施形態に係る受光素子１０の等価回路＞＞
次に、図３を参照して、本開示の実施形態に係る受光素子１０の等価回路について説明する。図３は、本開示の実施形態に係る受光素子１０の等価回路図である。
詳細には、図３に示すように、受光素子１０は、光を電荷に変換する光電変換素子（光電変換部）としてフォトダイオードＰＤと、電荷排出トランジスタＯＦＧ（なお、電荷排出トランジスタＯＦＧは、等価回路上では１つのトランジスタで示されているが、電気的に並列接続された複数のトランジスタから構成されてもよい）とを有する。さらに、受光素子１０は、振り分けトランジスタＶＧ、電荷蓄積部（第１の電荷蓄積部、第２の電荷蓄積部）ＭＥＭ、転送トランジスタＴＧ、浮遊拡散領域ＦＤ、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰ、及び選択トランジスタＳＥＬをそれぞれ２個ずつ有する。
図３に示すように、受光素子１０においては、電荷排出トランジスタＯＦＧのソース／ドレインの一方は、受光することで電荷を発生するフォトダイオードＰＤに電気的に接続される。さらに、電荷排出トランジスタＯＦＧのソース／ドレインの他方は、電源回路（電源電位ＶＤＤ）に電気的に接続される。そして、電荷排出トランジスタＯＦＧは、自身のゲートに印加された電圧に応じて導通状態になり、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を上記電源回路（電源電位ＶＤＤ）に排出することができる。
また、図３に示すように、受光素子１０においては、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のソース／ドレインの一方は、フォトダイオードＰＤに電気的に接続され、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のソース／ドレインの他方は、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２にそれぞれ電気的に接続される。そして、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２は、自身のゲート（第１の振り分けゲート、第２の振り分けゲート）に印加された電圧に応じて導通状態になり、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２にそれぞれ転送することができる。すなわち、本実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のゲートに印加される電圧を、互いに異なるタイミングで変化させることにより、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を２つある電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２のいずれかに振り分けることができる。言い換えると、２つの電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２は、１つのフォトダイオードＰＤを共有しているといえる。
また、図３に示すように、受光素子１０においては、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２のソース／ドレインの一方は、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のソース／ドレインの他方及び電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２に電気的に接続される。さらに、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２のソース／ドレインの他方は、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に電気的に接続される。そして、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２は、自身のゲート（転送ゲート）に印加された電圧に応じて導通状態になり、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２に蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に転送することができる。なお、本開示の実施形態においては、２つの電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２があるため、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２は、１つの浮遊拡散領域ＦＤを共有することも可能である。
また、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２は、電荷を電圧に変換して信号として出力する増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のゲートに電気的に接続される。また、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のソース／ドレインの一方は、選択信号に従って、変換によって得た上記信号を信号線ＶＳＬ１、ＶＳＬ２に出力する選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２のソース／ドレインの一方に電気的に接続される。さらに、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のソース／ドレインの他方は、電源回路（電源電位ＶＤＤ）に電気的に接続される。
また、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２のソース／ドレインの他方は、変換された電圧を信号として伝達する上記信号線ＶＳＬ１、ＶＳＬ２に電気的に接続され、さらに上述したカラム信号処理回路部３４に電気的に接続される。さらに、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２のゲートは、信号を出力する行を選択する選択線（図示省略）に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。すなわち、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に蓄積された電荷は、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２の制御により、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２によって電圧に変換され、信号線ＶＳＬ１、ＶＳＬ２に出力されることとなる。
また、図３に示すように、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２は、蓄積した電荷をリセットするためのリセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２のドレイン／ソースの一方に電気的に接続される。リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２のゲートは、リセット信号線（図示省略）に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部３２に電気的に接続される。また、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２のドレイン／ソースの他方は、電源回路（電源電位ＶＤＤ）に電気的に接続される。そして、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２は、自身のゲートに印加された電圧に応じて導通状態になり、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に蓄積された電荷をリセット（電源回路（電源電位ＶＤＤ）へ排出）することができる。
なお、本実施形態に係る受光素子１０の等価回路は、図３に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
ここで、受光素子１０の動作例について簡単に説明する。
まず、受光を開始する前に、フォトダイオードＰＤの電荷を排出する排出動作が行われる。すなわち、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２がオンされ、フォトダイオードＰＤの電荷が電源回路（電源電位ＶＤＤ）に排出される。
次に、受光が開始され、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２は、互いに異なるタイミングで動作する（例えば、差動）ように制御される。詳細には、第１の期間において、振り分けトランジスタＶＧ１がオンすることにより、フォトダイオードＰＤの電荷が電荷蓄積部ＭＥＭ１に転送される。一方、第２の期間においては、振り分けトランジスタＶＧ２がオンすることにより、フォトダイオードＰＤの電荷が電荷蓄積部ＭＥＭ２に転送される。すなわち、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２により、フォトダイオードＰＤで生成された電荷が、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２に振り分けられる。
次に、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２の電荷を排出する排出動作が行われる。すなわち、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２がオンされ、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２の電荷が電源回路（電源電位ＶＤＤ）に排出される。この後、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に発生した電荷（ｋｔｃノイズ）は、ＣＤＳ駆動によって除去されることが好ましい。
そして、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２がオンされ、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２に蓄積された電荷が浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に転送される。そして、受光期間が終了すると、画素アレイ部１２の各受光素子１０が、順次選択される。選択された受光素子１０では、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２がオンされる。これにより、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に蓄積された電荷が、信号として信号線ＶＳＬ１、ＶＳＬ２に出力される。
なお、本実施形態に係る受光素子１０の動作は、上述の例に限定されるものではなく、例えば、適宜順序が変更されてもよい。そして、本実施形態においては、２つの浮遊拡散領域ＦＤ１とＦＤ２に蓄積される電荷の配分比から、対象物８００までの距離を求めることができる。以下に、その原理について簡単に説明する。
＜＜４．本開示の実施形態に係る測距モジュール１を用いた距離の算出方法の原理＞＞
次に、本開示の実施形態に係る測距モジュール１を用いた距離の算出方法（間接式）の原理について、図４を参照して説明する。図４は、本開示の実施形態に係る測距モジュール１を用いた距離の算出方法の原理を説明するための説明図であり、詳細には、測距モジュール１における、照射光と反射光とを強度の時間変動を模式的に示している。
図４に示すように、測距モジュール１は、光の強度が周期的に変動するように変調された光を照射部２０から対象物８００に向かって照射する。照射された光は、対象物８００で反射されて、反射光として測距モジュール１の受光部３０で検出される。図４に示すように、検出された反射光（図４の上から２段目）は、照射光（図４の上から１段目）に対して位相差φをもっており、当該位相差φは、測距モジュール１から対象物８００までの距離が遠ければ大きくなり、測距モジュール１から対象物８００までの距離が近ければ小さくなる。
先に説明したように、本実施形態に係る受光素子１０は、例えば互いに差動する振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２を有している。従って、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２がそれぞれ動作する期間は重なっていないことから、図４中のグレーで示される領域８０２ａ、８０２ｂの期間において、フォトダイオードＰＤに蓄積した電荷は、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２のそれぞれに振り分けられることとなる。詳細には、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２のそれぞれに振り分けられた電荷は、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２に転送され、最終的には、領域８０２ａ、８０２ｂの期間における積分値である面積に相当する信号に変換される。従って、図４から明らかなように、領域８０２ａの積分値と領域８０２ｂの積分値との差分は、反射光の位相差φに応じて変化する。従って、本実施形態においては、領域８０２ａの積分値と領域８０２ｂの積分値との差分に基づいて位相差φを算出することにより、対象物８００までの距離を算出することができる。なお、本実施形態においては、積分値の差分ではなく、積分値の比を用いて位相差φを算出し、距離を算出することも可能である。
＜＜５． 本実施形態を創作するに至る背景＞＞
以上、本開示の実施形態に係る測距モジュール１、受光部３０、受光素子１０、及び、距離の算出方法の原理について説明した。ここで、さらに本実施形態の詳細を説明する前に、本発明者らが本実施形態を創作するに至る背景について簡単に説明する。
先に説明したように、測距モジュール１の受光部３０は、短い間隔で、受光を複数繰り返すことにより、信号量を増加させてＳ／Ｎ比を高め、精度の高い測距を可能にしている。例えば、当該受光部３０に対しては、例えば数百ＭＨｚ以上の周波数で、受光、及び発生した電荷の振り分けを行う動作を行うことが求められる。従って、受光部３０の受光素子１０の振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２に対しては、低消費電力で、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を高速で電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２へ転送（振り分ける）することが求められることとなる。
そこで、本発明者らは、上述のような要求を鑑みて、本開示の実施形態を創作するに至った。詳細には、本発明者らが創作した本開示の実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧのゲートは、半導体基板２００内に埋め込まれた一対の埋込ゲート部を有する。当該埋込ゲート部は、半導体基板２００内に埋め込まれていることから、埋込ゲート部の周囲のポテンシャルを効果的に変調する。従って、埋込ゲート部によれば、半導体基板２００の深い箇所にあるフォトダイオードＰＤで発生した電荷を、電荷蓄積部ＭＥＭへ転送することができる。さらに、本発明者らが創作した本開示の実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧのゲートは、２つの埋込ゲート部を有する。従って、本実施形態によれば、２つの埋込ゲート部により、低消費電力でありつつ、より効果的に周囲のポテンシャルを変調することができ、その結果、より高速に電荷を電荷蓄積部ＭＥＭへ転送することができる。なお、埋込ゲート部によって寄生容量が増加することから消費電力が増加するが、設計を最適化して全体のバランスをとることにより、低消費電力を実現することができる。以下に、本発明者らが創作した本開示の実施形態の詳細を順次説明する。
＜＜６． 第１の実施形態＞＞
＜６．１ 平面構造＞
まずは、図５を参照して、本開示の第１の実施形態に係る受光素子１０の平面構造例を説明する。図５は、本実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図であって、半導体基板２００の表面の上方から受光素子１０を見た場合の図となる。なお、図５における左右方向は、図２Ａの行方向（左右方向）に対応し、図５における上下方向は、図２Ａの列方向（上下方向）に対応するものとする。
図５に示すように、受光素子１０の中央部のＰ型半導体基板２００内には、Ｎ型半導体領域１００が形成され、Ｎ型半導体領域１００は、フォトダイオード（光電変換部）ＰＤの一部を構成する。さらに、フォトダイオードＰＤの中心点（中心）Ｏを通過し、受光素子１０を上下方向（列方向）に沿って延伸する中心線６００に対して、線対称（略線対称）となるように、振り分けトランジスタＶＧ１及びＶＧ２のゲート電極（第１の振り分けゲート、第２の振り分けゲート）１５０ａ、１５０ｂが配置されている。なお、振り分けトランジスタＶＧ１及びＶＧ２のゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、Ｎ型半導体領域１００の少なくとも一部と重なるように設けられている。
詳細には、振り分けトランジスタＶＧ１は、ゲート電極１５０ａと、ゲート電極１５０ａと半導体基板２００との間に位置するゲート絶縁膜（図示省略）と、ソース領域としてのＮ型半導体領域１００と、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１０２ａとで構成される。ソース領域としてのＮ型半導体領域１００は、フォトダイオードＰＤと兼用され、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１０２ａは、電荷蓄積部ＭＥＭ１と兼用されている。さらに、ゲート電極１５０ａは、図５中の破線で示されているように、半導体基板２００内に埋め込まれた一対の埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂ（図６ 参照）を有する。なお、埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂの詳細については後述する。また、振り分けトランジスタＶＧ２についても、振り分けトランジスタＶＧ１と同様である。
さらに、図５に示すように、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏを通過し、受光素子１０を左右方向（行方向）に沿って延伸する中心線６０２に対して、線対称（略線対称）となるように、電荷排出トランジスタＯＦＧ１及びＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂが配置されている。なお、電荷排出トランジスタＯＦＧ１及びＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂは、Ｎ型半導体領域１００の少なくとも一部と重なるように設けられている。
詳細には、電荷排出トランジスタＯＦＧ１は、ゲート電極１５２ａと、ゲート電極１５２ａと半導体基板２００との間に位置するゲート絶縁膜（図示省略）と、ソース領域としてのＮ型半導体領域１００と、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１０４ａとで構成される。ソース領域としてのＮ型半導体領域１００は、フォトダイオードＰＤと兼用される。さらに、ゲート電極１５２ａは、図５中の破線で示されているように、半導体基板２００内に埋め込まれた一対の埋込ゲート部を有する。なお、当該埋込ゲート部の詳細については後述する。また、電荷排出トランジスタＯＦＧ２についても、電荷排出トランジスタＯＦＧ１と同様である。
加えて、中心線６００を基準として線対称となるように、且つ、Ｎ型半導体領域１０２及び振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２を両側から挟み込みように、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２と、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２とが設けられている。なお、電荷蓄積部ＭＥＭ１は、転送トランジスタＴＧ１と図５中の上下方向（列方向）に沿って隣り合うように並び、電荷蓄積部ＭＥＭ２は、転送トランジスタＴＧ２と図５中の上下方向（列方向）に沿って隣り合うように並ぶ。
詳細には、電荷蓄積部（第１の電荷蓄積部）ＭＥＭ１は、例えば、電極１５４ａと、電極１５４ａの下方に設けられた絶縁膜（図示省略）と、当該絶縁膜の下方に設けられたＮ型半導体領域１０２ａとからなる。また、転送トランジスタＴＧ１は、ゲート電極１５６ａと、ゲート電極１５６ａと半導体基板２００との間に位置するゲート絶縁膜（図示省略）と、ソース領域としてのＮ型半導体領域１０６ａと、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１０８ａとで構成される。また、電荷蓄積部（第２の電荷蓄積部）ＭＥＭ２及び転送トランジスタＴＧ２についても、電荷蓄積部ＭＥＭ１及び転送トランジスタＴＧ１と同様である。
さらに、中心線６０２を基準として線対称となるように、且つ、Ｎ型半導体領域１０２及び電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２を両側から挟み込みように、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２、及び、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２が配置されている。なお、リセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１及び選択トランジスタＳＥＬ１は、図５中の左右方向（行方向）に沿って隣り合うように並び、リセットトランジスタＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ２及び選択トランジスタＳＥＬ２も、図５中の左右方向（行方向）に沿って隣り合うように並ぶ。
詳細には、リセットトランジスタＲＳＴ１は、ゲート電極１５８ａと、ゲート電極１５８ａと半導体基板２００との間に位置するゲート絶縁膜（図示省略）と、ソース領域としてのＮ型半導体領域１１０ａと、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１１２ａとで構成される。ソース領域としてのＮ型半導体領域１１０ａは、浮遊拡散領域ＦＤ１と兼用され、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１１２ａは、増幅トランジスタＡＭＰ１と兼用されている。また、リセットトランジスタＲＳＴ２についても、リセットトランジスタＲＳＴ１と同様である。
また、増幅トランジスタＡＭＰ１は、ゲート電極１６０ａと、ゲート電極１６０ａと半導体基板２００との間に位置するゲート絶縁膜（図示省略）と、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１１２ａと、ソース領域としてのＮ型半導体領域１１４ａとで構成される。ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１１２ａは、リセットトランジスタＲＳＴ１のドレイン領域と兼用されている。また、増幅トランジスタＡＭＰ２についても、増幅トランジスタＡＭＰ１と同様である。
さらに、選択トランジスタＳＥＬ１は、ゲート電極１６２ａと、ゲート電極１６２ａと半導体基板２００との間に位置するゲート絶縁膜（図示省略）と、ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１１４ａと、ソース領域としてのＮ型半導体領域１１６ａとで構成される。ドレイン領域としてのＮ型半導体領域１１４ａは、増幅トランジスタＡＭＰ１のソース領域と兼用されている。また、選択トランジスタＳＥＬ２についても、選択トランジスタＳＥＬ１と同様である。
なお、本実施形態に係る受光素子１０の平面構造は、図５に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
＜６．２ 断面構造＞
次に、図６から図９を参照して、本開示の第１の実施形態に係る受光素子１０の断面構造例を説明する。図６は、図５のＡ―Ａ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図であり、詳細には、図６中の上側が半導体基板２００の裏面側となり、図６中の下側が半導体基板２００の表面側となる。また、図７は、図５のＢ―Ｂ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図であり、図７中の上側が半導体基板２００の表面側となり、図７中の下側が半導体基板２００の裏面側となる。さらに、図８は、本実施形態を説明するための説明図である。そして、図９は、図６の領域Ｄの拡大図であって、図９中の上側が半導体基板２００の表面側となり、図９中の下側が半導体基板２００の裏面側となる。
まずは、図６に示すように、受光素子１０は、シリコン基板等からなる半導体基板２００を有する。詳細には、Ｐ型の半導体基板２００内には、Ｎ型半導体領域１００ａ、１００ｂを形成されることにより、半導体基板２００内にフォトダイオードＰＤが形成される。
次に、図６中の上側、すなわち、半導体基板２００の裏面側から説明する。半導体基板２００の裏面の上方には、対象物８００からの反射光が入射される、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンーアクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等からなるオンチップレンズ２０８が設けられている。オンチップレンズ２０８の下方には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等からなる平坦化膜２０４が設けられている。さらに、平坦化膜２０４の下方には、絶縁膜からなる反射防止膜２０２が設けられている。例えば、反射防止膜２０２は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化シリコン等、もしくは、これらの積層から形成することができる。
反射防止膜２０２の上方であって、隣接する受光素子１０との境界領域には、対象物８００からの反射光が隣接する受光素子１０への入射を防止する遮光膜２０６が設けられている。遮光膜２０６は、光を遮るような材料からなり、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いて形成することができる。
さらに、遮光膜２０６の下方には、半導体基板２００を貫通し、隣接する受光素子１０へと入射光が入り込むことを防止するための画素分離部（第１の画素分離部）２１０（ＦＦＴＩ）が設けられている。当該画素分離部２１０は、例えば、半導体基板２００の裏面から表面まで貫通するトレンチと、当該トレンチに埋め込まれた酸化シリコン等の絶縁膜又はアルミニウム等の金属膜とからなる。
次に、図６中の下側、すなわち、半導体基板２００の表面側を説明する。Ｎ型半導体領域１００ｂを挟むようにして、縦型トランジスタである２つの振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２が形成されている。詳細には、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２は、半導体基板２００の表面上に設けられた、例えばポリシリコン膜からなるゲート電極１５０ａ、１５０ｂをそれぞれ有する。さらに、ゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、半導体基板２００内へ、半導体基板２００の厚み方向に沿って延伸する、例えばポリシリコン膜からなる埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂをそれぞれ有する。言い換えると、埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂは、半導体基板２００内に埋め込まれており、ゲート絶縁膜（図示省略）を介して半導体基板２００に接しているといえる。例えば、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２の埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂは、半導体基板２００の表面側からドライエッチングによってトレンチを形成し、ゲート絶縁膜を形成し、さらに、トレンチにポリシリコン膜等を埋め込むことで形成することができる。なお、本実施形態に係る埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂの詳細については、後述する。
なお、埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂに挟まれたＮ型半導体領域１００ｂは、フォトダイオードＰＤを構成するＮ型半導体領域１００ａに比べて、不純物濃度が高いことが好ましく、さらには、Ｎ型半導体領域１００ｂも、半導体基板２００の表面側に近づくにつれて不純物濃度が高くなることが好ましい。
さらに、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２を左右方向から挟み込むようにして、半導体基板２００内に電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２が設けられている。例えば、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２は、金属膜又はポリシリコン膜からなる電極１５４ａ、１５４ｂと、酸化膜からなる絶縁膜（図示省略）と、Ｎ型半導体領域１０２ａ、１０２ｂ（図６中では、ＭＥＭ１、ＭＥＭ２として示されている）との積層からなるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型容量であることができる。
そして、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２に隣接して、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２のゲート電極１５６ａ、１５６ｂが、半導体基板２００の表面上に設けられている。さらに、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２のゲート電極１５６ａ、１５６ｂに近接した半導体基板２００内に、浮遊拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２として図示されているＮ型半導体領域１１０ａ、１１０ｂが形成されている。
さらに、半導体基板２００の表面上には、配線層３００が設けられている。配線層３００は、絶縁膜３０２と金属膜３０４とを含む。さらに、配線層３００の、半導体基板２００と反対側の面上には、電極３０６が設けられている。
加えて、配線層３００の、半導体基板２００と反対側の面上には、基板４００が設けられている。基板４００も、絶縁膜４０２と金属膜４０４とを含み、配線層３００側の面上には、電極４０６が設けられている。例えば、配線層３００の電極３０６と、基板４００の電極４０６とは、銅（Ｃｕ）等で形成され、互いに接することで、配線層３００と基板４００とを接合することができる。
なお、本実施形態に係る受光素子１０の断面構造は、図６に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
次に、図７を参照して、本実施形態に係る埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂの詳細について説明する。図７は、先に説明したように、図５のＢ―Ｂ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図であり、詳細には、振り分けトランジスタＶＧ２のゲート電極１５０ｂと、埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２との断面図である（なお、図７においては、ゲート絶縁膜の図示を省略している）。図７に示すように、本実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧ２のゲート電極１５０ｂは、図５中における上下方向、すなわち、図２Ａの列方向に沿って並ぶ、一対の埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２を有する。さらに、埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２は、図５の破線で示すように、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電荷蓄積部ＭＥＭ２へ向かう方向に沿って伸びる長辺Ｌ（図９ 参照）を持つ略矩形状の形状を持つことが好ましい。また、振り分けトランジスタＶＧ１のゲート電極１５０ａについても、振り分けトランジスタＶＧ２のゲート電極１５０ｂと同様に、図５中における上下方向、すなわち、図２Ａの列方向に沿って並ぶ、一対の埋込ゲート部１７０を有する。さらに、振り分けトランジスタＶＧ１のゲート電極１５０ａの埋込ゲート部１７０も、図５の破線で示すように、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電荷蓄積部ＭＥＭ２へ向かう方向に沿って伸びる長辺Ｌ（図９ 参照）を持つ略矩形状の形状を持つことが好ましい。
詳細には、本実施形態においては、図８に示すように、ゲート電極１５０ｂを介して埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２に対して電圧を印加することにより、埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２の周囲７００のＰ型半導体領域を変調させる。そして、図９に示すように、半導体基板２００の深い箇所にあるフォトダイオードＰＤで発生した電荷（電子）は、埋込ゲート部１７０ｂによって変調された半導体基板２００内の周囲７００を通過して電荷蓄積部ＭＥＭ２へ転送されることとなる。本実施形態においては、２つの埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２により、低消費電力でありつつ、より効果的に周囲７００のポテンシャルを変調することができることから、より高速に電荷を電荷蓄積部ＭＥＭ２へ転送することができる。
さらに、本実施形態においては、埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２を、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電荷蓄積部ＭＥＭ２へ向かう方向に沿って伸びる長辺Ｌ（図９ 参照）を持つ略矩形状の形状に形成する。このようにすることで、上記長辺Ｌの伸びる方向と電荷が移動する方向とは同じであることから、埋込ゲート部１７０ｂは電荷が通過する領域を効果的に変調し、当該変調された領域に沿って電荷を電荷蓄積部ＭＥＭ２へ誘導することができる。
また、本実施形態においては、図５の破線で示すように、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂも、半導体基板２００に埋め込まれ、ゲート絶縁膜（図示省略）を介して半導体基板２００に接している一対の埋込ゲート部１７０を有していてもよい。このようにすることで、本実施形態においては、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂの２つの埋込ゲート部１７０により、低消費電力で、より効果的に周囲のポテンシャルを変調し、より高速に電荷を排出することができる。
さらに、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂの埋込ゲート部１７０も、図５の破線で示すように、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電源回路（電源電位ＶＤＤ）に接続されるＮ型半導体領域１０４ａ、１０４ｂへ向かう方向に沿って伸びる長辺を持つ略矩形状の形状を持つことが好ましい。このようにすることで、電荷が移動する領域をより効果的に変調することができることから、より高速に、電荷を排出することができる。
すなわち、本実施形態によれば、高速で電荷を転送することができる受光素子１０を提供することができる。
＜６．３ 変形例＞
上述した本開示の第１の実施形態に係る受光素子１０は、以下のように変形することもできる。以下に、本実施形態の変形例１から変形例７を説明する。なお、以下に説明する変形例１から変形例７に係る受光素子１０は、いずれも、振り分けトランジスタＶＧのゲート電極１５０は、一対の埋込ゲート部１７０を有する。
（変形例１）
まずは、変形例１を、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態の変形例１に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。本変形例においても、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、一対の埋込ゲート部１７０を有する。さらに、本変形例においては、図１０の破線で示すように、各埋込ゲート部１７０は、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２へ向かう方向に沿って伸びる長軸を持つ略楕円形の形状を持つ。本変形例においては、埋込ゲート部１７０を、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２へ向かう方向に沿って伸びる長軸を持つ略楕円状の形状に形成することにより、上述した第１の実施形態と同様に、より高速に、電荷を電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２へ誘導することができる。
なお、本変形例においても、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂも、半導体基板２００に埋め込まれた一対の埋込ゲート部１７０を有していてもよい。さらに、本変形例においては、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂの埋込ゲート部１７０も、図１０の破線で示すように、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において、フォトダイオードＰＤの中心点Ｏから電源回路（電源電位ＶＤＤ）に接続されるＮ型半導体領域１０４ａ、１０４ｂへ向かう方向に沿って伸びる長軸を持つ略楕円状の形状を持つことができる。
加えて、本変形例１では、中心線６００を基準として鏡面対称となるように、且つ、Ｎ型半導体領域１０２及び振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２を両側から挟み込みように、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２と、転送トランジスタＴＧ１、ＴＧ２とが設けられている。なお、電荷蓄積部ＭＥＭ１は、転送トランジスタＴＧ１と図１０中の上下方向（列方向）に沿って隣り合うように並び、電荷蓄積部ＭＥＭ２は、転送トランジスタＴＧ２と図１０中の上下方向（列方向）に沿って隣り合うように並ぶ。
さらに、本変形例１においては、中心線６０２を基準として鏡面対称となるように、且つ、Ｎ型半導体領域１０２及び電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２を両側から挟み込みように、リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２、及び、選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２が配置されている。なお、リセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１及び選択トランジスタＳＥＬ１は、図１０中の左右方向（行方向）に沿って隣り合うように並び、リセットトランジスタＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ２及び選択トランジスタＳＥＬ２も、図１０中の左右方向（行方向）に沿って隣り合うように並ぶ。
（変形例２）
次に、変形例２を、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態の変形例２に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。本変形例においても、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、一対の埋込ゲート部１７０を有する。さらに、本変形例においては、各埋込ゲート部１７０は、図１１の破線で示すように、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において、略円状の形状を持つ。本変形例においては、埋込ゲート部１７０を、略円状の形状に形成することにより、製造による形状のばらつきが生じることを避けることから、２つの振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２による電荷の振り分けの性能を互いに等しく調整することができる。
なお、本変形例においても、電荷排出トランジスタＯＦＧ１、ＯＦＧ２のゲート電極１５２ａ、１５２ｂも、半導体基板２００に埋め込まれた一対の埋込ゲート部１７０を有していてもよい。さらに、本変形例においては、ゲート電極１５２ａ、１５２ｂの埋込ゲート部１７０も、図１１の破線で示すように、半導体基板２００の表面に沿って受光素子１０を切断した断面において略円状の形状を持つことができる。
（変形例３）
次に、変形例３を、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態の変形例３に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。本変形例においても、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、一対の埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂを有する。さらに、本変形例においては、図１２に示すように、受光素子１０は、半導体基板２００の、裏面（表面と反対側の面）に設けられた、微細な凹凸が形成されたモスアイ構造２０２ａを有する。詳細には、モスアイ構造２０２ａは、図１２に示すように、半導体基板２００側に頂点を有する複数の略四角錐がマトリクス状にならぶことにより構成される。本変形例においては、モスアイ構造２０２ａを設けることにより、界面における急激な屈折率の変化を緩和し、反射を防止することができる。
（変形例４）
次に、変形例４を、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態の変形例４に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。本変形例においても、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、一対の埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂを有する。さらに、本変形例においては、図１３に示すように、受光素子１０は、半導体基板２００の厚み方向に沿って、半導体基板２００の裏面（表面と反対側の面）から、半導体基板２００の途中まで貫く、画素分離部（第２の画素分離部）２１０ａ（ＤＴＩ（ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を有する。当該画素分離部２１０ａによれば、隣接する受光素子１０へと入射光が入り込むことを防止することができる。
（変形例５）
次に、変形例５を、図１４を参照して説明する。図１４は、本実施形態の変形例５に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。本変形例においても、振り分けトランジスタＶＧ１、ＶＧ２のゲート電極１５０ａ、１５０ｂは、一対の埋込ゲート部１７０ａ、１７０ｂを有する。さらに、本変形例においては、半導体基板２００内のＮ型半導体領域１０２ａ、１０２ｂに埋め込まれた縦型の電極１５４ａ、１５４ｂを有する電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２を有する。本変形例によれば、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２が縦型の電極を持つことから、当該縦型の電極と、当該電極に対向するＮ型半導体領域１０２ａ、１０２ｂとにはさまれた絶縁膜（図示省略）の面積を広くすることができる。その結果、本変形例によれば、面積が広くなることから、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の容量をさらに大きくすることができ、ひいては、広い受光素子１０のダイナミックレンジを確保することが可能となる。
（変形例６）
次に、変形例６を、図１５を参照して説明する。図１５は、本実施形態の変形例６に係る受光素子１０の一部の断面構成例を示す説明図であり、図７の断面図に対応する。本変形例においても、振り分けトランジスタＶＧ２のゲート電極１５０ｂは、一対の埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２を有する。さらに、本変形例においては、図１５に示すように、各埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２は、半導体基板２００の表面から、当該表面の反対側に位置する裏面に向かう半導体基板２００の厚み方向において、漸次狭くなるテーパ形状を持つ。言い換えると、本変形例においては、一対の埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２の、互いに向かい合う側面の間の距離（幅）は、半導体基板２００の表面から、当該表面の反対側に位置する裏面に向かう半導体基板２００の厚み方向において、漸次広がっている。
本変形例においては、一対の埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２の、互いに向かい合う側面の間の距離を、半導体基板２００の表面から半導体基板２００の厚み方向に沿って、漸次広げることにより、半導体基板２００の厚み方向に好適なポテンシャル勾配を生成し、転送する電荷を半導体基板２００の表面近傍に集まりやすくする。そして、本変形例においては、電荷を半導体基板２００の表面近傍に集め、転送することにより、安定した電荷の振り分け動作を行うことができ、測距の精度を向上させることができる。
例えば、図１５に示すように、各埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２は、半導体基板２００の表面から半導体基板２００の厚み方向に沿って、各埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２の長さ（深さ）に対して３／４進んだ箇所の直径Ｌ２が、半導体基板２００の表面での直径Ｌ１に対して、３／４程度となることが好ましい。このようにすることで、埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２を形成する際に、埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２に空洞（Ｖｏｉｄ）が生成されることを避け、埋め込み性を良好に維持することができる。
（変形例７）
次に、変形例７を、図１６を参照して説明する。図１６は、本実施形態の変形例７に係る受光素子１０の断面構成例を示す説明図である。本変形例においては、図１６に示すように、受光素子１０は、複数の、詳細には、４つの振り分けトランジスタＶＧを有してもよい。本変形例においても、各振り分けトランジスタＶＧのゲート電極（第３の振り分けゲート）１５０は、一対の埋込ゲート部１７０を有し、それぞれ電荷蓄積部（第３の電荷蓄積部）ＭＥＭへ電荷を振り分けることができる。なお、本変形例においても、電荷排出トランジスタＯＦＧのゲート電極１５２も、半導体基板２００に埋め込まれた一対の埋込ゲート部を有していてもよい。
＜＜７． 第２の実施形態＞＞
ところで、上述した本開示の第１の実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧには、半導体基板２００に埋め込まれた一対の埋込ゲート部１７０を有することにより大きな寄生容量が発生する。そして、このような大きな寄生容量により、振り分けトランジスタＶＧによる電荷の転送の速度が遅くなる場合がある。そこで、以下に説明する本開示の第２の実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧのゲート電極１５０の寄生容量を小さくするために、埋込ゲート部１７０の、電荷を転送する際に機能する部分以外の部分に接するように低誘電体層を設けている。以下に、本実施形態の詳細を順次説明する。
＜７．１ 実施形態＞
まずは、図１７及び図１８を参照して、本実施形態に係る振り分けトランジスタＶＧの埋込ゲート部１７０を説明する。図１７は、本実施形態に係る受光素子１０を説明するための説明図であり、図７の断面図に対応する。図１８は、本実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図であり、詳細には、半導体基板２００の表面において、説明の便宜上、ゲート電極１５０等の図示を省略した図である。
本実施形態においては、図１７及び図１８に示すように、一対の埋込ゲート部１７０ｂ－１、１７０ｂ－２のうち、一方の埋込ゲート部１７０ｂ－１の、他方の埋込ゲート部１７０ｂ－２と向かいあう側面とは反対側に位置する側面は、低誘電体層１７２ｂ－１、１７２ｂ－２に接する。当該低誘電体層１７２ｂは、例えば酸化膜（例えばＳｉＯ２）又は窒化膜（例えばＳｉＮ）から形成することができる。このように、本実施形態においては、埋込ゲート部１７０の、電荷を転送する際に機能する部分以外の部分に接するように低誘電体層１７２を設けることにより、ゲート電極１５０の寄生容量の増加を抑えることができる。その結果、本実施形態においては、振り分けトランジスタＶＧによる電荷の転送の速度が遅くなることを避けることができる。
なお、本実施形態においては、図１８に示すように、電荷排出トランジスタＯＦＧのゲート電極１５２も、半導体基板２００に埋め込まれた一対の埋込ゲート部１７４を有してもよい。さらに、電荷排出トランジスタＯＦＧのゲート電極１５２の一対の埋込ゲート部１７４ａ、１７４ｂについても、一方の埋込ゲート部１７４ｂ－１の、他方の埋込ゲート部１７４ｂ－２と向かいあう側面とは反対側に位置する側面は、低誘電体層１７６ｂ－１、１７６ｂ－２に接してもよい。当該低誘電体層１７６ｂも、例えば酸化膜又は窒化膜から形成することができる。このようにすることで、電荷排出トランジスタＯＦＧのゲート電極１５２の寄生容量の増加を抑え、電荷排出トランジスタＯＦＧによる電荷の排出の速度が遅くなることを避けることができる。
＜７．２ 変形例＞
なお、上述した本開示の第２の実施形態に係る受光素子１０は、以下のように変形することもできる。以下に、図１９及び図２０を参照して、本実施形態の変形例１及び２を説明する。図１９は、本実施形態の変形例１に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図であり、図２０は、本実施形態の変形例２に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図である。なお、図１９及び図２０は、図１８と同様に、半導体基板２００の表面において、説明の便宜上、ゲート電極１５０等の図示を省略した図である。
図１９及び図２０に示すように、これら変形例においては、埋込ゲート部１７０の一方の側面は、低誘電体層１７８に接しており、当該低誘電体層１７８は、半導体基板２００上の各要素を電気的に分離するための素子分離部からなる。また、これら変形例においては、図１９及び図２０に示すように、電荷排出トランジスタＯＦＧのゲート電極１５２の一対の埋込ゲート部１７４ａ、１７４ｂについても、一方の側面は、低誘電体層１７８に接しており、当該低誘電体層１７８は、半導体基板２００上の各要素を電気的に分離するための素子分離部からなる。
＜７．３ 製造方法＞
次に、図２１Ａから図２１Ｆを参照して本実施形態に係る埋込ゲート部１７０及び低誘電体層１７８の製造方法の一例について説明する。図２１Ａから図２１Ｆは、本実施形態に係る受光素子１０の製造方法を説明するための説明図である。
まずは、図２１Ａに示すように、半導体基板２００の表面に、熱酸化による熱酸化シリコン層５００を形成する。さらに、熱酸化シリコン層５００上に、窒化シリコン層５０２と、酸化シリコン層５０４と、パターニングされたレジスト５０６とを形成する。
次に、レジスト５０６のパターンに沿ってドライエッチングを行い、酸化シリコン層５０４を剥離すると、図２１Ｂに示すようなトレンチ５１０が形成される。
そして、熱酸化を行い、トレンチ５１０内の底面及び側面に熱酸化シリコン層５００を形成し、さらに、図２１Ｃに示すように、トレンチ５１０内に酸化シリコン膜（低誘電体層）１７２を埋め込む。
さらに、図２１Ｄに示すように、パターニングされたレジスト５０８を形成する。
次に、図２１Ｅに示すように、レジスト５０８のパターンに沿って、酸化シリコン膜１７２に対してドライエッチングを行い、トレンチ５１２が形成される。
そして、トレンチ５１２にポリシリコン膜（埋込ゲート部）１７０、１５０を埋め込み、レジスト５０８及び窒化シリコン層５０２を剥離することにより、図２１Ｆに示すような構造を得ることができる。
以上のように、本実施形態によれば、一方の埋込ゲート部１７０の、他方の埋込ゲート部１７０と向かいあう側面とは反対側に位置する側面に接するように、低誘電体層１７８を形成することにより、振り分けトランジスタＶＧのゲート電極１５０の寄生容量を小さくすることができる。
＜＜８． 第３の実施形態＞＞
また、上述の第１及び第２の実施形態及びその変形例においては、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の絶縁膜（図示省略）や、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のゲート絶縁膜（図示省略）等を薄膜化してもよい。このようにすることで、サイズを大きくすることなく、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の容量を増加させることができる。さらに、ゲート絶縁膜内の結晶欠陥が少なくなったり、トランジスタの相互コンダクタンスｇｍが大きくなることにより結晶欠陥の影響が小さくなったり、熱処理時間短縮や熱処理温度の低温化により界面準位が少なくなることから、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のランダムノイズを低減することができる。
ここで、図２２、図２３Ａ、及び図２３Ｂを参照して、薄膜化された絶縁膜を有する電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２及び増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２についての、本開示の第３の実施形態を説明する。なお、図２２は、本実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図であって、半導体基板２００の表面の上方から受光素子１０を見た場合の図となり、第１の実施形態の受光素子１０と同様である。また、図２３Ａは、図２２のＣ―Ｃ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図であり、図２３Ｂは、図２２のＤ－Ｄ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。詳細には、図２３Ａ及び図２３Ｂにおいては、図中の上側が半導体基板２００の表面側となり、図中の下側が半導体基板２００の裏面側となる。
詳細には、本実施形態においては、例えば、図２３Ａに示すように、増幅トランジスタＡＭＰ１の、サイドウォール７３０に覆われたゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７２０ａは、例えば酸化膜（第３の酸化膜）からなり、その膜厚は、リセットトランジスタＲＳＴ１のゲート電極１５８及び選択トランジスタＳＥＬ１のゲート電極１６２の下方に位置する、酸化膜（第３の酸化膜）からなる絶縁膜７２０に比べて薄い。
また、本実施形態においては、例えば、図２３Ｂに示すように、電荷蓄積部ＭＥＭ１の、サイドウォール７３０に覆われた電極１５４の下方に位置する絶縁膜７２０ａは、例えば酸化膜（第１の酸化膜）からなり、その膜厚は、転送トランジスタＴＧ１のゲート電極１５６の下方に位置する、酸化膜（第２の酸化膜）からなる絶縁膜７２０に比べて薄い。
なお、本実施形態においては、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７２０ａ及び電荷蓄積部ＭＥＭ１の電極１５４の下方に位置する絶縁膜７２０ａは、同一材料からなる酸化膜であってもよく、また、略同一の膜厚をもっていてもよい。
より具体的には、本実施形態においては、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７２０ａ及び電荷蓄積部ＭＥＭ１の電極１５４の下方に位置する絶縁膜７２０ａは、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の酸化膜からなる。また、本実施形態においては、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７２０ａ及び電荷蓄積部ＭＥＭ１の電極１５４の下方に位置する絶縁膜７２０ａの膜厚は、薄くなることによる、ランダムノイズの低減効果、及び、リーク電流の増加による消費電力の増加を鑑みて、他の素子（転送トランジスタＴＧ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬ）のゲート電極１５６、１５８、１６２の下方に位置する絶縁膜７２０の膜厚の半分程度であることが好ましく、例えば、１．０ｎｍ以上、５．０ｎｍ以下であることがより好ましい。
さらに、本実施形態においては、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７２０ａ及び電荷蓄積部ＭＥＭ１の電極１５４の下方に位置する絶縁膜７２０ａは、半導体基板２００の上方から見た場合、隣接する素子を干渉しない程度に、ゲート電極１６０及び電極１５４に比べて広くなっていることが好ましい。
なお、本実施形態においては、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の絶縁膜７２０ａや、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のゲート絶縁膜７２０ａのみを薄膜化することに限定されるものではない。本実施形態においては、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の絶縁膜７２０ａのみを薄膜化してもよく、受光素子１０上の素子（電荷蓄積部ＭＥＭ、転送トランジスタＴＧ、振り分けトランジスタＶＧ、電荷排出トランジスタＯＦＧ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬ）のゲート電極１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２及び電極１５４に接する絶縁膜７２０を薄膜化してもよい。
以上のように、本実施形態によれば、電荷蓄積部ＭＥＭの絶縁膜７２０ａや、増幅トランジスタＡＭＰのゲート絶縁膜７２０ａ等を薄膜化することにより、サイズを大きくすることなく、電荷蓄積部ＭＥＭの容量を増加させ、トランジスタのランダムノイズを低減することができる。従って、本実施形態においては、上述した第１の実施形態に係る構成により、高速で電荷を転送することができ、さらに、第３の実施形態に係る構成により、転送した電荷を蓄積するための電荷蓄積部ＭＥＭの容量を増加させることができることから、より測距精度の高い測距モジュール１を得ることができる。加えて、第３の実施形態に係る構成により、トランジスタのランダムノイズの低減を行うことができるため、測距モジュール１の特性をより向上させることができる。なお、本実施形態は、上述した第１及び第２の実施形態及びその変形例と組み合わせて実施することができる。
＜＜９． 第４の実施形態＞＞
ところで、上述の第３の実施形態においては、電荷蓄積部ＭＥＭの絶縁膜７２０ａや、増幅トランジスタＡＭＰのゲート絶縁膜７２０ａ等を薄膜化し、電荷蓄積部ＭＥＭの容量を増加させ、増幅トランジスタＡＭＰのランダムノイズを低減していた。しかしながら、ゲート絶縁膜７２０ａの薄膜化を進めた場合、上述のような効果を得られるものの、リーク電流が増加してしまうため、薄膜化にも限界がある。そこで、本発明者らは、同じ膜厚であっても、上述の酸化膜に比べて、電荷蓄積部ＭＥＭの容量を増加させることができる高い比誘電率を持つ高誘電体膜を上記絶縁膜７２０ａの代わりに使用することを着想した。上記絶縁膜７２０ａとして高誘電体膜を使用することにより、膜厚を薄くしても、リーク電流の増加を避けつつ、電荷蓄積部ＭＥＭの容量の増加や、増幅トランジスタＡＭＰのランダムノイズの低減を両立することができる。
ここで、図２４、図２５Ａ、及び図２５Ｂを参照して、高誘電体膜からなる絶縁膜を有する電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２及び増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２についての、本開示の第４の実施形態を説明する。なお、図２４は、本実施形態に係る受光素子１０の平面構成例を示す説明図であって、半導体基板２００の表面の上方から受光素子１０を見た場合の図となり、第１の実施形態の受光素子１０と同様である。また、図２５Ａは、図２４のＥ―Ｅ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図であり、図２５Ｂは、図２４のＦ－Ｆ´線に沿って受光素子１０を切断した際の断面図である。詳細には、図２５Ａ及び図２５Ｂにおいては、図中の上側が半導体基板２００の表面側となり、図中の下側が半導体基板２００の裏面側となる。
詳細には、本実施形態においては、例えば、図２５Ａに示すように、増幅トランジスタＡＭＰ１の、サイドウォール７３０に覆われたゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜（第３の絶縁膜）７４０は、高誘電体膜からなる。そして、絶縁膜７４０の比誘電率は、リセットトランジスタＲＳＴ１のゲート電極１５８及び選択トランジスタＳＥＬ１のゲート電極１６２の下方に位置する絶縁膜（第３の絶縁膜）７２０に比べて高い。
また、本実施形態においては、例えば、図２５Ｂに示すように、電荷蓄積部ＭＥＭ１の、サイドウォール７３０に覆われた電極１５４の下方に位置する絶縁膜（第１の絶縁膜）７４０は、高誘電体膜からなる。絶縁膜７４０の比誘電率は、転送トランジスタＴＧ１のゲート電極１５６の下方に位置する絶縁膜（第２の絶縁膜）７２０に比べて高い。
なお、本実施形態においては、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７４０及び電荷蓄積部ＭＥＭ１の電極１５４の下方に位置する絶縁膜７４０は、同一材料から形成されてもよい。
より具体的には、本実施形態においては、高誘電体膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の比誘電率（３．９）に比べて高い比誘電率を持つ材料であり、４以上の比誘電率を持つ材料であることが好ましい。本実施形態においては、例えば、高誘電体膜は、金属酸化膜であって、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＳｉＯＮ、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＺｒＯ２等の材料から形成することができる。
絶縁膜７４０として、上記高誘電体膜を使用する場合には、Ｖｔｈ(閾値電圧)の調整のため、ゲート電極１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２を形成する材料として、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｉＳｉ等の金属材料を使用してもよい。
さらに、本実施形態においては、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲート電極１６０の下方に位置する絶縁膜７４０及び電荷蓄積部ＭＥＭ１の電極１５４の下方に位置する絶縁膜７４０は、半導体基板２００の上方から見た場合、隣接する素子を干渉しない程度に、ゲート電極１６０及び電極１５４に比べて広くなっていることが好ましい。
なお、本実施形態においては、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の絶縁膜７４０や、増幅トランジスタＡＭＰ１、ＡＭＰ２のゲート絶縁膜７４０のみを高誘電体膜で形成することに限定されるものではない。本実施形態においては、電荷蓄積部ＭＥＭ１、ＭＥＭ２の絶縁膜７４０のみを高誘電体膜で形成してもよく、受光素子１０上の素子（電荷蓄積部ＭＥＭ、転送トランジスタＴＧ、振り分けトランジスタＶＧ、電荷排出トランジスタＯＦＧ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬ）のゲート電極１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２及び電極１５４に接する絶縁膜７２０を高誘電体膜によって形成してもよい。
以上のように、本実施形態によれば、電荷蓄積部ＭＥＭの絶縁膜７４０や、増幅トランジスタＡＭＰのゲート絶縁膜７４０等を高誘電体膜で形成することにより、ＳｉＯ２を使用した場合と比べて膜厚を薄くすることなく、電荷蓄積部ＭＥＭの容量の増加や、増幅トランジスタＡＭＰのランダムノイズの低減を両立することができる。従って、本実施形態においては、上述した第１の実施形態に係る構成により、高速で電荷を転送することができ、さらに、第４の実施形態に係る構成により、転送した電荷を蓄積するための電荷蓄積部ＭＥＭの容量を増加させることができることから、より測距精度の高い測距モジュール１を得ることができる。加えて、第４の実施形態に係る構成により、トランジスタのランダムノイズの低減を行うことができるため、測距モジュール１の特性をより向上させることができる。なお、本実施形態は、上述した第１及び第２の実施形態及びその変形例と組み合わせて実施することができる。
＜＜１０． まとめ＞＞
以上のように、本開示の実施形態及び変形例によれば、高速で電荷を転送することができる、受光素子１０及び測距モジュール１を提供することができる。
以上、実施の形態およびその変形例、適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
なお、上述した本開示の実施形態及び変形例においては、上述した各半導体領域の導電型を逆にしてもよく、例えば、本実施形態及び変形例は、電子の代わりに、正孔を電荷として用いる素子に適用することが可能である。
また、上述した本開示の実施形態及び変形例においては、半導体基板は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ＯＮ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板やＳｉＧｅ基板等）であってもよい。また、上記半導体基板は、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものであってもよい。
また、上述した本開示の実施形態及び変形例においては、受光素子１０は、１つのチップ上に、照射部や処理回路等とともに形成されてもよく、もしくは、１つのパッケージ内に設けられてもよく、特に限定されるものではない。
なお、本開示の実施形態及び変形例においては、上述の各層、各膜、各素子等を形成する方法としては、例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法）及びＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を挙げることができる。ＰＶＤ法としては、抵抗加熱あるいは高周波加熱を用いた真空蒸着法、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）－ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法等）、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）法、レーザ転写法等を挙げることができる。また、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等を挙げることができる。さらに、他の方法としては、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法；浸漬法；キャスト法；マイクロコンタクトプリント法；ドロップキャスト法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法といった各種印刷法；スタンプ法；スプレー法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法を挙げることができる。また、各層のパターニング法としては、シャドーマスク、レーザ転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザ等による物理的エッチング等を挙げることができる。加えて、平坦化技術としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法、レーザ平坦化法、リフロー法等を挙げることができる。すなわち、本開示の実施形態及び変形例に係る素子は、既存の半導体装置の製造工程を用いて、容易に、且つ、安価に製造することが可能である。
また、上述した本開示の実施形態の変形例に係る製造方法における各ステップは、必ずしも記載された順序に沿って処理されなくてもよい。例えば、各ステップは、適宜順序が変更されて処理されてもよい。さらに、各ステップで用いられる方法についても、必ずしも記載された方法に沿って行われなくてもよく、他の方法によって行われてもよい。
＜＜１１． 電子機器の構成例＞＞
なお、受光素子１０は、上述したように測距モジュール１に適用できる他、例えば、測距機能を備えるカメラ、測距機能を備えたスマートフォンといった各種の電子機器に適用することができる。そこで、図２６を参照して、本技術を適用した電子機器としての、スマートフォン９００の構成例について説明する。図２６は、本開示の実施形態に係る測距モジュール１を適用した電子機器としてのスマートフォン９００の構成例を示すブロック図である。
図２６に示すように、スマートフォン９００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３を含む。また、スマートフォン９００は、ストレージ装置９０４、通信モジュール９０５、及びセンサモジュール９０７を含む。さらに、スマートフォン９００は、上述した測距モジュール１が適用され得る測距モジュール９０８を含み、加えて、撮像装置９０９、表示装置９１０、スピーカ９１１、マイクロフォン９１２、入力装置９１３、及びバス９１４を含む。また、スマートフォン９００は、ＣＰＵ９０１に代えて、又はこれとともに、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の処理回路を有してもよい。
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０２、ＲＡＭ９０３、又はストレージ装置９０４等に記録された各種プログラムに従って、スマートフォン９００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータなどを記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２、及びＲＡＭ９０３は、バス９１４により相互に接続されている。また、ストレージ装置９０４は、スマートフォン９００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９０４は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９０４は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータ等を格納する。
通信モジュール９０５は、例えば、通信ネットワーク９０６に接続するための通信デバイスなどで構成された通信インタフェースである。通信モジュール９０５は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等であり得る。また、通信モジュール９０５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。通信モジュール９０５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、ＴＣＰ／ＩＰなどの所定のプロトコルを用いて信号等を送受信する。また、通信モジュール９０５に接続される通信ネットワーク９０６は、有線又は無線によって接続されたネットワークであり、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信又は衛星通信等である。
センサモジュール９０７は、例えば、モーションセンサ（例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等）、生体情報センサ（例えば、脈拍センサ、血圧センサ、指紋センサ等）、又は位置センサ（例えば、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機等）等の各種のセンサを含む。
測距モジュール９０８は、スマートフォン９００の表面に設けられ、例えば、当該表面と向かい合う、ユーザの指先、手のひら、顔等の凹凸形状や動きを測距結果として取得することができる。このような測距結果は、ユーザの認証や、ユーザのジェスチャの認識に用いることができる。また、測距モジュール９０８は、例えば、スマートフォン９００から対象物８００までの距離を取得したり、対象物８００の表面の３次元形状データを取得したりすることもできる。
撮像装置９０９は、スマートフォン９００の表面に設けられ、スマートフォン９００の周囲に位置する対象物８００等を撮像することができる。詳細には、撮像装置９０９は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）イメージセンサ等の撮像素子（図示省略）と、撮像素子で光電変換された信号に対して撮像信号処理を施す信号処理回路（図示省略）とを含んで構成することができる。さらに、撮像装置９０９は、撮像レンズ、絞り機構、ズームレンズ、及びフォーカスレンズ等により構成される光学系機構（図示省略）及び、上記光学系機構の動作を制御する駆動系機構（図示省略）をさらに有することができる。そして、上記撮像素子は、対象物８００からの入射光を光学像として集光し、上記信号処理回路は、結像された光学像を画素単位で光電変換し、各画素の信号を撮像信号として読み出し、画像処理することにより撮像画像を取得することができる。
表示装置９１０は、スマートフォン９００の表面に設けられ、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置であることができる。表示装置９１０は、操作画面や、上述した撮像装置９０９が取得した撮像画像などを表示することができる。
スピーカ９１１は、例えば、通話音声や、上述した表示装置９１０が表示する営巣コンテンツに付随する音声等を、ユーザに向けて出力することができる。
マイクロフォン９１２は、例えば、ユーザの通話音声、スマートフォン９００の機能を起動するコマンドを含む音声や、スマートフォン９００の周囲環境の音声を集音することができる。
入力装置９１３は、例えば、ボタン、キーボード、タッチパネル、マウス等、ユーザによって操作される装置である。入力装置９１３は、ユーザが入力した情報に基づいて入力信号を生成してＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路を含む。ユーザは、この入力装置９１３を操作することによって、スマートフォン９００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
以上、スマートフォン９００の構成例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。かかる構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更され得る。
＜＜１２． 内視鏡手術システムへの応用例＞＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図２７は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図２７では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。さらに、鏡筒１１１０１の先端には、本開示の実施形態に係る測距モジュール１の照射部２０及び受光部３０が内蔵されてもよい。このような測距モジュール１の一部が搭載されることにより、医者の目視による手術だけでなく、測距モジュール１による距離情報を参照することにより、手術の精度をより高めることができる。
例えば、内視鏡１１１００の構成の一例を示す図２８の構成のように、カメラヘッド１１１０２内には、本開示の実施形態に係る測距モジュール１の照射部２０及び受光部３０であるｉＴｏＦセンサ１５００４が設けられる。詳細には、観察対象からの反射光（観察光）は、鏡筒１１１０１を通過して、カメラヘッド１１１０２内のレンズ１５００１によって集光され、ハーフミラー１５００２で反射され、ｉＴｏＦセンサ１５００４で受光される。さらに、当該ｉＴｏＦセンサ１５００４によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号が生成され、メモリ１５００５に格納された後、後述する測距信号処理装置１１２０９に送信される。
さらに、図２８に示すように、カメラヘッド１１１０２の内部には撮像素子１５００３が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は、鏡筒１１１０１を通過して、レンズ１５００１によって集光され、ハーフミラー１５００２で反射され、当該撮像素子１５００３で受光される。当該撮像素子１５００３によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、一度メモリ１５００５に格納された後、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ:Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。測距信号処理装置１１２０９は、本開示の実施形態に係る測距モジュール１の制御部４０及び処理部６０が設けられ、距離情報を取得することが可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図２９は、図２７に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、受光素子１０を、撮像部１１４０２の構成の一部として適用することができる。撮像部１１４０２の構成の一部として本開示に係る技術を適用することにより、術部までの距離を高精度に測定することができ、より鮮明な術部画像を得ることができる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜＜１３． 移動体への応用例＞＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図３０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。また、車外情報検出ユニット１２０３０には、ｉＴｏＦセンサ１２０３２が接続される。ｉＴｏＦセンサ１２０３２は、本開示の実施形態に係る測距モジュール１として機能することができる。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検出した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２６の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図３１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図３１では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。また、本開示の実施形態に係る測距モジュール１の照射部２０及び受光部３０が内蔵されるｉＴｏＦセンサモジュール１２２０１は、例えば、車両１２１００のフロントノーズに設けられる。
なお、図３１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、車外情報検出ユニット１２０３０や撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、受光素子１０または測距モジュール１を、車外情報検出ユニット１２０３０や撮像部１２０３１の距離検出処理ブロックに適用することができる。車外情報検出ユニット１２０３０や撮像部１２０３１に、本開示に係る技術を適用することにより、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体までの距離を高精度に測定することができ、得られた距離情報を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
＜＜１４． 補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第１の電荷蓄積部と、
前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第１の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第１の振り分けゲートと、
前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第２の電荷蓄積部と、
前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第２の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第２の振り分けゲートと、
を備え、
前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた一対の埋込ゲート部をそれぞれ有する、
受光素子。
（２）
前記第１及び第２の振り分けゲートには、互いに異なるタイミングで所定の電圧が印加される、上記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記半導体基板の表面の上方から見て、
前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記光電変換部の中心に対して、互いに略線対称になるように設けられ、
前記第１及び第２の電荷蓄積部は、前記第１及び第２の振り分けゲートを両側から挟みこむように設けられている、
上記（１）又は（２）に記載の受光素子。
（４）
前記半導体基板の表面に沿って前記受光素子を切断した断面において、
前記各埋込ゲート部は、前記光電変換部の中心から前記第１又は第２の電荷蓄積部へ向かう方向に沿って伸びる長辺を持つ略矩形状の形状を持つ、
上記（３）に記載の受光素子。
（５）
前記半導体基板の表面に沿って前記受光素子を切断した断面において、
前記各埋込ゲート部は、前記光電変換部の中心から前記第１又は第２の電荷蓄積部へ向かう方向に沿って伸びる長軸を持つ略楕円状の形状を持つ、
上記（３）に記載の受光素子。
（６）
前記半導体基板の表面に沿って前記受光素子を切断した断面において、
前記各埋込ゲート部は、略円状の形状を持つ、
上記（３）に記載の受光素子。
（７）
前記一対の埋込ゲート部の、互いに向かい合う側面の間の幅は、
前記半導体基板の表面から、当該表面の反対側に位置する前記半導体基板の裏面に向かう厚み方向において、漸次広がっている、
上記（４）に記載の受光素子。
（８）
前記一対の埋込ゲート部が並ぶ方向に沿って前記受光素子を切断した断面において、
前記各埋込ゲート部は、当該表面の反対側に位置する前記半導体基板の裏面に向かう厚み方向において、漸次狭くなるテーパ形状を持つ、
上記（４）に記載の受光素子。
（９）
前記一対の埋込ゲート部のうち、一方の埋込ゲート部の、他方の埋込ゲート部と向かいあう側面とは反対側に位置する側面は、低誘電体層に接する、
上記（４）に記載の受光素子。
（１０）
前記低誘電体層は、酸化膜又は窒化膜からなる、上記（９）に記載の受光素子。
（１１）
前記低誘電体層は、前記半導体基板内に設けられた素子分離部である、
上記（９）に記載の受光素子。
（１２）
前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される複数の第３の電荷蓄積部と、
前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記複数の第３の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける複数の第３の振り分けゲートと、
をさらに備え、
前記各第３の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた前記一対の埋込ゲート部をそれぞれ有する、
上記（１）に記載の受光素子。
（１３）
前記半導体基板の、前記表面と反対側の面に設けられた、微細な凹凸が形成されたモスアイ構造をさらに備える、
上記（１）～（１２）のいずれか１つに記載の受光素子。
（１４）
前記半導体基板を貫く第１の画素分離部をさらに備える、
上記（１）～（１３）のいずれか１つに記載の受光素子。
（１５）
前記半導体基板の厚み方向に沿って、前記半導体基板の、前記表面と反対側の面から、前記半導体基板の途中まで貫く、第２の画素分離部をさらに備える、
上記（１）～（１３）のいずれか１つに記載の受光素子。
（１６）
前記半導体基板内に設けられた１つ又は複数の浮遊拡散領域と、
前記半導体基板上に設けられた、前記第１の電荷蓄積部に転送された前記電荷を前記１つ又は複数の浮遊拡散領域へ転送する第１の転送ゲートと、
前記半導体基板上に設けられた、前記第２の電荷蓄積部に転送された前記電荷を前記１つ又は複数の浮遊拡散領域へ転送する第２の転送ゲートと、
前記浮遊拡散領域へ転送された前記電荷を増幅して画素信号として出力する１つ又は複数の増幅トランジスタと、
選択信号に従って前記画素信号を出力する１つ又は複数の選択トランジスタと、
前記浮遊拡散領域に蓄積した前記電荷をリセットする１つ又は複数のリセットトランジスタと、
をさらに備える、
上記（１）～（１５）のいずれか１つに記載の受光素子。
（１７）
前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の酸化膜、及び半導体層の積層を有し、
前記第１及び第２の転送ゲートのそれぞれは、当該第１及び第２の転送ゲートと前記半導体基板との間に設けられた第２の酸化膜を有し、
前記第１の酸化膜の膜厚は、前記第２の酸化膜に比べて薄い、
上記（１６）に記載の受光素子。
（１８）
前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタのそれぞれは、前記半導体基板上に設けられた第３の酸化膜を有し、
前記増幅トランジスタの前記第３の酸化膜の膜厚は、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの前記第３の酸化膜に比べて、薄い、
上記（１７）に記載の受光素子。
（１９）
前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の酸化膜、及び半導体層の積層を有し、
前記第１の酸化膜の膜厚は、５．０ｎｍ以下である、
上記（１）～（１５）のいずれか１つに記載の受光素子。
（２０）
前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の絶縁膜、及び半導体層の積層を有し
前記第１及び第２の転送ゲートのそれぞれは、当該第１及び第２の転送ゲートと前記半導体基板との間に設けられた第２の絶縁膜を有し、
前記第１の絶縁膜の比誘電率は、前記第２の絶縁膜に比べて高い、
上記（１６）に記載の受光素子。
（２１）
前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタのそれぞれは、前記半導体基板上に設けられた第３の絶縁膜を有し、
前記増幅トランジスタの前記第３の絶縁膜の比誘電率は、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの前記第３の絶縁膜に比べて、高い、
上記（２０）に記載の受光素子。
（２２）
前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の絶縁膜、及び半導体層の積層を有し、
前記第１の絶縁膜の比誘電率は、４以上である、
上記（１）～（１５）のいずれか１つに記載の受光素子。
（２３）
１つ又は複数の受光素子を備える受光装置であって、
前記受光素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第１の電荷蓄積部と、
前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第１の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第１の振り分けゲートと、
前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第２の電荷蓄積部と、
前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第２の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第２の振り分けゲートと、
を有し、
前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた一対の埋込ゲート部をそれぞれ有する、
受光装置。
（２４）
対象物に、周期的に明るさを変動させて光を照射する照射部と、
前記照射部を制御する照射制御部と、
をさらに備え、
前記光電変換部は、前記対象物からの反射光を受光する、
上記（２３）に記載の受光装置。
１ 測距モジュール
１０ 受光素子
１２ 画素アレイ部
２０ 照射部
３０ 受光部
３２ 垂直駆動回路部
３４ カラム信号処理回路部
３６ 水平駆動回路部
３８ 出力回路部
４０ 制御部
４２ 画素駆動配線
４４ 制御回路部
４６ 水平信号線
４８ 垂直信号線
５０ 振り分けトランジスタ駆動部
５２ 信号処理部
５４ データ格納部
６０ 処理部
１００、１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ Ｎ型半導体領域
１５０ａ、１５０ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、１５６ａ、１５６ｂ、１５８ａ、１５８ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂ ゲート電極
１５４ａ、１５４ｂ、３０６、４０６ 電極
１７０ａ、１７０ｂ、１７４ａ、１７４ｂ 埋込ゲート部
１７２ａ、１７２ｂ、１７６ａ、１７６ｂ、１７８ 低誘電体層
２００ 半導体基板
２０２ 反射防止膜
２０２ａ モスアイ構造
２０４ 平坦化膜
２０６ 遮光膜
２０８ オンチップレンズ
２１０、２１０ａ 画素分離部
３００ 配線層
３０２、４０２、７２０、７２０ａ、７４０ 絶縁膜
３０４、４０４ 金属膜
４００ 基板
５００ 熱酸化シリコン層
５０２ 窒化シリコン層
５０４ 酸化シリコン層
５０６、５０８ レジスト
５１０、５１２ トレンチ
６００、６０２ 中心線
７００ 周囲
７１０ ビア
７３０ サイドウォール
８００ 対象物
８０２ａ、８０２ｂ 領域
９００ スマートフォン
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＯＭ
９０３ ＲＡＭ
９０４ ストレージ装置
９０５ 通信モジュール
９０７ センサモジュール
９０８ 測距モジュール
９０９ 撮像装置
９１０ 表示装置
９１１ スピーカ
９１２ マイクロフォン
９１３ 入力装置
ＡＭＰ、ＡＭＰ１、ＡＭＰ２ 増幅トランジスタ
ＦＤ、ＦＤ１、ＦＤ２ 浮遊拡散領域
ＭＥＭ、ＭＥＭ１、ＭＥＭ２ 電荷蓄積部
Ｏ 中心点
ＯＦＧ、ＯＦＧ１、ＯＦＧ２ 電荷排出トランジスタ
ＰＤ フォトダイオード
ＲＳＴ、ＲＳＴ１，ＲＳＴ２ リセットトランジスタ
ＳＥＬ、ＳＥＬ１、ＳＥＬ２ 選択トランジスタ
ＴＧ、ＴＧ１、ＴＧ２ 転送トランジスタ
ＶＤＤ 電源電位
ＶＧ、ＶＧ１、ＶＧ２ 振り分けトランジスタ
ＶＳＬ、ＶＳＬ１、ＶＳＬ２ 信号線

Claims (16)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
    前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第１の電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第１の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第１の振り分けゲートと、
    前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第２の電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第２の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第２の振り分けゲートと、
    を備える受光素子であって、
    前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた一対の埋込ゲート部をそれぞれ有し、
    前記一対の埋込ゲート部が並ぶ方向に沿って前記受光素子を切断した断面において、
    前記各埋込ゲート部は、当該表面の反対側に位置する前記半導体基板の裏面に向かう厚み方向において、漸次狭くなるテーパ形状を持ち、
    前記厚み方向に沿った前記各埋込ゲート部の長さに対して３／４となる所定の長さ分前記表面から離れた深さにおける前記各埋込ゲート部の直径Ｌ２が、前記表面における前記各埋込ゲート部の直径Ｌ１の３／４の長さを持つ、
    受光素子。
  2. 前記第１及び第２の振り分けゲートには、互いに異なるタイミングで所定の電圧が印加される、請求項１に記載の受光素子。
  3. 前記半導体基板の表面の上方から見て、
    前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記光電変換部の中心に対して、互いに略線対称になるように設けられ、
    前記第１及び第２の電荷蓄積部は、前記第１及び第２の振り分けゲートを両側から挟みこむように設けられている、
    請求項１又は２に記載の受光素子。
  4. 前記半導体基板の表面に沿って前記受光素子を切断した断面において、
    前記各埋込ゲート部は、前記光電変換部の中心から前記第１又は第２の電荷蓄積部へ向かう方向に沿って伸びる長辺を持つ略矩形状の形状を持つ、
    請求項３に記載の受光素子。
  5. 前記半導体基板の、前記表面と反対側の面に設けられた、微細な凹凸が形成されたモスアイ構造をさらに備える、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の受光素子。
  6. 前記半導体基板を貫く第１の画素分離部をさらに備える、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の受光素子。
  7. 前記半導体基板の厚み方向に沿って、前記半導体基板の、前記表面と反対側の面から、前記半導体基板の途中まで貫く、第２の画素分離部をさらに備える、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の受光素子。
  8. 前記半導体基板内に設けられた１つ又は複数の浮遊拡散領域と、
    前記半導体基板上に設けられた、前記第１の電荷蓄積部に転送された前記電荷を前記１つ又は複数の浮遊拡散領域へ転送する第１の転送ゲートと、
    前記半導体基板上に設けられた、前記第２の電荷蓄積部に転送された前記電荷を前記１つ又は複数の浮遊拡散領域へ転送する第２の転送ゲートと、
    前記浮遊拡散領域へ転送された前記電荷を増幅して画素信号として出力する１つ又は複数の増幅トランジスタと、
    選択信号に従って前記画素信号を出力する１つ又は複数の選択トランジスタと、
    前記浮遊拡散領域に蓄積した前記電荷をリセットする１つ又は複数のリセットトランジスタと、
    をさらに備える、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の受光素子。
  9. 前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の酸化膜、及び半導体層の積層を有し、
    前記第１及び第２の転送ゲートのそれぞれは、当該第１及び第２の転送ゲートと前記半導体基板との間に設けられた第２の酸化膜を有し、
    前記第１の酸化膜の膜厚は、前記第２の酸化膜に比べて薄い、
    請求項８に記載の受光素子。
  10. 前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタのそれぞれは、前記半導体基板上に設けられた第３の酸化膜を有し、
    前記増幅トランジスタの前記第３の酸化膜の膜厚は、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの前記第３の酸化膜に比べて、薄い、
    請求項９に記載の受光素子。
  11. 前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の酸化膜、及び半導体層の積層を有し、
    前記第１の酸化膜の膜厚は、５．０ｎｍ以下である、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の受光素子。
  12. 前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の絶縁膜、及び半導体層の積層を有し
    前記第１及び第２の転送ゲートのそれぞれは、当該第１及び第２の転送ゲートと前記半導体基板との間に設けられた第２の絶縁膜を有し、
    前記第１の絶縁膜の比誘電率は、前記第２の絶縁膜に比べて高い、
    請求項８に記載の受光素子。
  13. 前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタのそれぞれは、前記半導体基板上に設けられた第３の絶縁膜を有し、
    前記増幅トランジスタの前記第３の絶縁膜の比誘電率は、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの前記第３の絶縁膜に比べて、高い、
    請求項１２に記載の受光素子。
  14. 前記第１及び第２の電荷蓄積部のそれぞれは、電極、第１の絶縁膜、及び半導体層の積層を有し、
    前記第１の絶縁膜の比誘電率は、４以上である、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の受光素子。
  15. １つ又は複数の受光素子を備える受光装置であって、
    前記受光素子は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、
    前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第１の電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第１の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第１の振り分けゲートと、
    前記半導体基板内に設けられ、前記光電変換部から前記電荷が転送される第２の電荷蓄積部と、
    前記半導体基板の表面上に設けられ、前記光電変換部から前記第２の電荷蓄積部へ前記電荷を振り分ける第２の振り分けゲートと、
    を有し、
    前記第１及び第２の振り分けゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた一対の埋込ゲート部をそれぞれ有し、
    前記一対の埋込ゲート部が並ぶ方向に沿って前記受光素子を切断した断面において、
    前記各埋込ゲート部は、当該表面の反対側に位置する前記半導体基板の裏面に向かう厚み方向において、漸次狭くなるテーパ形状を持ち、
    前記厚み方向に沿った前記各埋込ゲート部の長さに対して３／４となる所定の長さ分前記表面から離れた深さにおける前記各埋込ゲート部の直径Ｌ２が、前記表面における前記各埋込ゲート部の直径Ｌ１の３／４の長さを持つ、
    受光装置。
  16. 対象物に、周期的に明るさを変動させて光を照射する照射部と、
    前記照射部を制御する照射制御部と、
    をさらに備え、
    前記光電変換部は、前記対象物からの反射光を受光する、
    請求項１５に記載の受光装置。
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