WO2021085172A1 - 受光素子、測距モジュール、および、電子機器 - Google Patents

受光素子、測距モジュール、および、電子機器 Download PDF

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芳樹 蛯子
知治 荻田
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    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
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Definitions

  • the present technology relates to a light receiving element, a distance measuring module, and an electronic device, and particularly to a light receiving element, a distance measuring module, and an electronic device capable of reducing leakage of incident light to adjacent pixels.
  • a distance measuring system using an indirect ToF (Time of Flight) method has been known.
  • the signal charge obtained by receiving the light reflected by the active light irradiated by the LED (Light Emitting Diode) or laser in a certain phase hits the object and is distributed to different regions at high speed.
  • a capable sensor is indispensable.
  • near infrared rays with a wavelength of around 940 nm are used as the light source of the light receiving element used in the indirect ToF method.
  • Near-infrared rays have a low absorption coefficient of silicon, which is a semiconductor layer, and have low quantum efficiency. Therefore, a structure that increases the quantum efficiency by extending the optical path length is conceivable, but there is a concern that incident light may leak to adjacent pixels. ..
  • This technology was made in view of such a situation, and makes it possible to reduce leakage of incident light to adjacent pixels.
  • the light receiving element on the first side surface of the present technology is On-chip lens and Wiring layer and A semiconductor layer arranged between the on-chip lens and the wiring layer and having a photodiode is provided.
  • the wiring layer is A reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, It has a transfer transistor generated by the photodiode and reads out the electric charge.
  • the reflective film is made of a material different from the metal wiring that is electrically connected to the gate of the transfer transistor.
  • the light receiving element is On-chip lens and Wiring layer and A semiconductor layer arranged between the on-chip lens and the wiring layer and having a photodiode is provided.
  • the wiring layer is A reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, It has a transfer transistor generated by the photodiode and reads out the electric charge.
  • the reflective film is made of a material different from the metal wiring that is electrically connected to the gate of the transfer transistor.
  • the electronic device of the third aspect of this technology is With a given light source Equipped with a light receiving element
  • the light receiving element is On-chip lens and Wiring layer and A semiconductor layer arranged between the on-chip lens and the wiring layer and having a photodiode is provided.
  • the wiring layer is A reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, It has a transfer transistor generated by the photodiode and reads out the electric charge.
  • the reflective film comprises a ranging module made of a material different from the metal wiring that is electrically connected to the gate of the transfer transistor.
  • the light receiving element is provided with an on-chip lens, a wiring layer, and a semiconductor layer arranged between the on-chip lens and the wiring layer and having a photodiode.
  • the wiring layer is provided with a reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, and a transfer transistor generated by the photodiode to read out the charge. It is made of a material different from the metal wiring electrically connected to the gate of the transfer transistor.
  • the light receiving element, the distance measuring module, and the electronic device may be an independent device or a module incorporated in another device.
  • FIG. 15 Cross-sectional view according to a sixth configuration example of a pixel.
  • FIG. 16. Cross-sectional view of the eighth configuration example of the pixel.
  • FIG. 17. Cross-sectional view according to a ninth configuration example of a pixel.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a light receiving element to which the present technology is applied.
  • the light receiving element 1 receives the light (reflected light) that the light emitted from a predetermined light source hits the object and is reflected, and outputs a depth image in which the distance information to the object is stored as a depth value.
  • the irradiation light emitted from the light source is, for example, infrared light having a wavelength in the range of 780 nm to 1000 nm, and pulsed light whose on / off is repeated in a predetermined cycle.
  • the light receiving element 1 is also provided with a signal processing unit 26 and a data storage unit 27.
  • the signal processing unit 26 and the data storage unit 27 may be mounted on the same substrate as the light receiving element 1, or may be arranged on a substrate in a module different from the light receiving element 1.
  • the pixel array unit 21 has a configuration in which pixels 10 that generate an electric charge according to the amount of received light and output a signal corresponding to the electric charge are two-dimensionally arranged in a matrix in the row direction and the column direction. That is, the pixel array unit 21 has a plurality of pixels 10 that photoelectrically convert the incident light and output a signal corresponding to the electric charge obtained as a result.
  • the row direction means the arrangement direction of the pixels 10 in the horizontal direction
  • the column direction means the arrangement direction of the pixels 10 in the vertical direction.
  • the row direction is the horizontal direction in the figure
  • the column direction is the vertical direction in the figure. Details of the pixel 10 will be described later in FIGS. 2 and 2.
  • the system control unit 25 is composed of a timing generator or the like that generates various timing signals, and the vertical drive unit 22, the column processing unit 23, and the horizontal drive unit 24 are based on the various timing signals generated by the timing generator.
  • Drive control such as.
  • the signal processing unit 26 has at least an arithmetic processing function, and performs various signal processing such as arithmetic processing based on the detection signal output from the column processing unit 23.
  • the data storage unit 27 temporarily stores the data required for the signal processing in the signal processing unit 26.
  • the light receiving element 1 includes a semiconductor substrate 41 and a multilayer wiring layer 42 formed on the surface side (lower side in the drawing) thereof.
  • the semiconductor substrate 41 is made of, for example, silicon (Si), and is formed with a thickness of, for example, about several ⁇ m.
  • the photodiode PD is formed in pixel units by forming the N-type (second conductive type) semiconductor region 52 in pixel units in the P-type (first conductive type) semiconductor region 51. It is formed.
  • the P-type semiconductor region 51 provided on both the front and back surfaces of the semiconductor substrate 41 also serves as a hole charge storage region for suppressing dark current.
  • the antireflection film 43 has, for example, a laminated structure in which a fixed charge film and an oxide film are laminated, and for example, an insulating thin film having a high dielectric constant (High-k) by an ALD (Atomic Layer Deposition) method can be used. Specifically, hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TIO 2 ), STO (Strontium Titan Oxide) and the like can be used. In the example of FIG. 2, the antireflection film 43 is formed by laminating a hafnium oxide film 53, an aluminum oxide film 54, and a silicon oxide film 55.
  • ALD Advanced Deposition
  • Inter-pixel shading that prevents incident light from entering the adjacent pixels on the upper surface of the antireflection film 43 and at the boundary 44 (hereinafter, also referred to as pixel boundary 44) of the adjacent pixels 10 of the semiconductor substrate 41.
  • a film 45 is formed.
  • the material of the inter-pixel light-shielding film 45 may be any material that blocks light, and for example, a metal material such as tungsten (W), aluminum (Al), or copper (Cu) can be used.
  • a flattening film 46 is formed, for example, an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), or the like. Alternatively, it is formed of an organic material such as resin.
  • An on-chip lens 47 is formed on the upper surface of the flattening film 46 in pixel units.
  • the on-chip lens 47 is formed of, for example, a resin-based material such as a styrene-based resin, an acrylic-based resin, a styrene-acrylic copolymer-based resin, or a siloxane-based resin.
  • the light focused by the on-chip lens 47 is efficiently incident on the photodiode PD.
  • the pixel boundary portion 44 on the back surface side of the semiconductor substrate 41 is a pixel-to-pixel separation portion that separates adjacent pixels from the back surface side (on-chip lens 47 side) of the semiconductor substrate 41 to a predetermined depth in the substrate depth direction.
  • 61 is formed.
  • the bottom surface and the outer peripheral portion including the side wall of the inter-pixel separation portion 61 are covered with a hafnium oxide film 53 which is a part of the antireflection film 43.
  • the inter-pixel separation unit 61 prevents the incident light from penetrating into the adjacent pixel 10, confine it in the own pixel, and prevents the incident light from leaking from the adjacent pixel 10.
  • the floating diffusion regions FD1 and FD2 as charge storage portions that temporarily hold the charges transferred from the photodiode PD are formed by a high-concentration N-type semiconductor region (N-type diffusion region). It is formed.
  • the multilayer wiring layer 42 is composed of a plurality of metal films M and an interlayer insulating film 62 between them.
  • FIG. 2 shows an example composed of three layers of the first metal film M1 to the third metal film M3.
  • the region of the first metal film M1 closest to the semiconductor substrate 41 located below the region where the photodiode PD is formed in other words, the photodiode PD in a plan view.
  • a reflective film (reflecting member) 63 is formed in a region that overlaps at least a part of the region where the light is formed.
  • the reflective film 63 is made of the same material as the other metal wiring 67 of the first metal film M1, for example, copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like. It is made of a metal film.
  • the reflective film 63 reflects infrared light that has entered the semiconductor substrate 41 from the light incident surface via the on-chip lens 47 and has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41. It has a function of reflecting at 63 and re-incidently incident into the semiconductor substrate 41. With this reflection function, the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 can be increased, and the quantum efficiency (QE), that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light can be improved.
  • QE quantum efficiency
  • the reflective film 63 transmits infrared light that has entered the semiconductor substrate 41 from the light incident surface via the on-chip lens 47 and has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41.
  • the first metal film M1 closest to the semiconductor substrate 41 shields light from light, and the light is prevented from penetrating through the second metal film M2 and the third metal film M3 below it. Therefore, it can be said that the reflective film 63 is also a light-shielding film. Due to this light-shielding function, infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is scattered by the metal film M below the first metal film M1 and is incident on neighboring pixels. It can be suppressed from being stored. This makes it possible to prevent erroneous detection of light by nearby pixels.
  • an inter-pixel light-shielding portion 65 is formed at the pixel boundary portion 44 of the multilayer wiring layer 42 to prevent the incident light reflected by the reflective film 63 from being incident on the photodiode PD of the adjacent pixel 10.
  • the material of the inter-pixel light-shielding portion 65 for example, the same material as the metal wiring 67 of the first metal film M1 including the reflective film 63 can be used.
  • the metal wiring 67 is copper
  • the metal of the first metal film M1 is formed by using tungsten as the material of the interpixel light-shielding portion 65 or forming an infrared absorbing film using an organic material. A material different from that of the wiring 67 may be used.
  • the metal wiring that is electrically connected to the gate of the transfer transistor TRG1 or TRG2 via the gate contact 66 is referred to as a contact wiring 67.
  • the wiring capacity 64 is formed on the predetermined metal film M, for example, the second metal film M2 by forming a pattern in a comb-tooth shape, for example.
  • the reflective film 63 and the wiring capacity 64 may be formed in the same layer (metal film M), but when they are formed in different layers, the wiring capacity 64 is formed in a layer farther from the semiconductor substrate 41 than the reflective film 63. It is formed. In other words, the reflective film 63 is formed closer to the semiconductor substrate 41 than the wiring capacity 64.
  • the light receiving element 1 arranges the semiconductor substrate 41, which is a semiconductor layer, between the on-chip lens 47 and the multilayer wiring layer 42, and emits incident light from the back surface side on which the on-chip lens 47 is formed. It has a back-illuminated structure that allows it to enter the PD.
  • the pixel 10 includes two transfer transistors TRG1 and TRG2 with respect to the photodiode PD provided in each pixel, and charges (electrons) generated by photoelectric conversion by the photodiode PD are transferred to the floating diffusion region FD1.
  • it is configured so that it can be distributed to FD2.
  • the incident light reflected by the reflective film 63 is adjacent pixels. There is a concern that it will penetrate. Therefore, by forming the inter-pixel light-shielding portion 65 at the pixel boundary portion 44 of the multilayer wiring layer 42, leakage of the incident light from the multilayer wiring layer 42 to the adjacent pixels is prevented.
  • FIG. 4 the parts corresponding to the first configuration example shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description of the parts will be omitted as appropriate.
  • the pixel-to-pixel separation portion 61 which is a DTI (Deep Trench Isolation) formed by digging from the back surface side (on-chip lens 47 side) of the semiconductor substrate 41 in the first configuration example of FIG. It differs in that it is replaced by the inter-pixel separation unit 71 that penetrates the semiconductor substrate 41, and is common in other respects.
  • DTI Deep Trench Isolation
  • FIG. 5 shows a circuit configuration of pixels 10 two-dimensionally arranged in the pixel array unit 21.
  • Pixel 10 includes a photodiode PD as a photoelectric conversion element. Further, the pixel 10 has two transfer transistors TRG, two floating diffusion region FDs, an additional capacitance FDL, a switching transistor FDG, an amplification transistor AMP, a reset transistor RST, and two selection transistors SEL. Further, the pixel 10 has a charge discharge transistor OFG.
  • FIG. when distinguishing each of the transfer transistor TRG, the stray diffusion region FD, the additional capacitance FDL, the switching transistor FDG, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, and the selection transistor SEL provided in the pixel 10 two by two, FIG.
  • the transfer transistor TRG, switching transistor FDG, amplification transistor AMP, selection transistor SEL, reset transistor RST, and charge discharge transistor OFG are composed of, for example, N-type MOS transistors.
  • the transfer transistor TRG1 When the transfer drive signal TRG1g supplied to the gate electrode becomes active, the transfer transistor TRG1 becomes conductive in response to the transfer drive signal TRG1g, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion region FD1.
  • the transfer drive signal TRG2g supplied to the gate electrode becomes active, the transfer transistor TRG2 becomes conductive in response to the transfer drive signal TRG2g, thereby transferring the charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion region FD2.
  • the floating diffusion regions FD1 and FD2 are charge storage units that temporarily hold the charges transferred from the photodiode PD.
  • the switching transistor FDG1 becomes conductive in response to the FD drive signal FDG1 to connect the additional capacitance FDL1 to the floating diffusion region FD1.
  • the switching transistor FDG2 becomes conductive in response to the FD drive signal FDG2g, thereby connecting the additional capacitance FDL2 to the floating diffusion region FD2.
  • the additional capacitances FDL1 and FDL2 are formed by the wiring capacitance 64 of FIG.
  • the reset transistor RST1 becomes conductive in response to the reset drive signal RSTg, thereby resetting the potential of the floating diffusion region FD1.
  • the reset transistor RST2 becomes conductive in response to the reset drive signal RSTg, thereby resetting the potential of the floating diffusion region FD2.
  • the reset transistors RST1 and RST2 are activated, the switching transistors FDG1 and FDG2 are also activated at the same time, and the additional capacitances FDL1 and FDL2 are also reset.
  • the vertical drive unit 22 activates the switching transistors FDG1 and FDG2, connects the floating diffusion region FD1 and the additional capacitance FDL1, and connects the floating diffusion region FD2 and the additional capacitance FDL2. To connect. This allows more charge to be accumulated at high illuminance.
  • the vertical drive unit 22 sets the switching transistors FDG1 and FDG2 in an inactive state, and separates the additional capacitances FDL1 and FDL2 from the floating diffusion regions FD1 and FD2, respectively. As a result, the conversion efficiency can be increased.
  • the charge discharge transistor OFG discharges the charge accumulated in the photodiode PD by becoming conductive in response to the discharge drive signal OFG 1g supplied to the gate electrode when it becomes active.
  • the selection transistor SEL1 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP1 and the vertical signal line 29A.
  • the selection transistor SEL1 becomes conductive in response to the selection signal SEL1g, and outputs the detection signal VSL1 output from the amplification transistor AMP1 to the vertical signal line 29A.
  • the selection transistor SEL2 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP2 and the vertical signal line 29B.
  • the selection transistor SEL2 becomes conductive in response to the selection signal SEL2g, and outputs the detection signal VSL2 output from the amplification transistor AMP2 to the vertical signal line 29B.
  • the transfer transistors TRG1 and TRG2 of pixel 10, the switching transistors FDG1 and FDG2, the amplification transistors AMP1 and AMP2, the selection transistors SEL1 and SEL2, and the charge discharge transistor OFG are controlled by the vertical drive unit 22.
  • the transfer transistor TRG and the floating diffusion region FD on which the charge (electrons) obtained by photoelectric conversion is read out are also referred to as active taps.
  • the transfer transistor TRG and the floating diffusion region FD on which the charge obtained by photoelectric conversion is not read out are also referred to as inactive taps.
  • each pixel 10 of the pixel array unit 21 is selected in line order.
  • the selection transistors SEL1 and SEL2 are turned on.
  • the electric charge accumulated in the floating diffusion region FD1 is output to the column processing unit 23 as the detection signal VSL1 via the vertical signal line 29A.
  • the electric charge accumulated in the floating diffusion region FD2 is output to the column processing unit 23 as a detection signal VSL2 via the vertical signal line 29B.
  • the reflected light received by the pixel 10 is delayed from the timing of irradiation by the light source according to the distance to the object. Since the distribution ratio of the charges accumulated in the two floating diffusion regions FD1 and FD2 changes depending on the delay time according to the distance to the object, the distribution ratio of the charges accumulated in the two floating diffusion regions FD1 and FD2 is used. , The distance to the object can be calculated.
  • the horizontal direction in FIG. 6 corresponds to the row direction (horizontal direction) in FIG. 1, and the vertical direction corresponds to the column direction (vertical direction) in FIG.
  • a photodiode PD is formed in an N-type semiconductor region 52 in a region in the center of a rectangular pixel 10.
  • the inter-pixel light-shielding portion 65 is configured by, for example, arranging light-shielding members having the same size and planar shape as the gate contact 66 on the boundary line of each pixel 10 at predetermined intervals.
  • the planar shape of one light-shielding member constituting the inter-pixel light-shielding portion 65 is rectangular, but it may be rectangular, elliptical, or circular with rounded corners. ..
  • the inter-pixel light-shielding portion 65 has a linear light-shielding member whose planar shape is long in the direction of the boundary line of the pixel 10 and short in the direction adjacent to the other pixel 10 at the boundary line of the pixel 10. It may be configured to be arranged on the line at predetermined intervals.
  • FIG. 9 shows another circuit configuration example of the pixel 10.
  • the first transfer transistor TRGa, the second transfer transistor TRGb, the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are composed of, for example, an N-type MOS transistor.
  • the reset transistor RST1 becomes conductive in response to the reset drive signal RST1g, thereby resetting the potential of the floating diffusion region FD1.
  • the reset drive signal RST2g supplied to the gate electrode becomes active, the reset transistor RST2 becomes conductive in response to the reset drive signal RST2g, thereby resetting the potential of the floating diffusion region FD2.
  • the reset transistors RST1 and RST2 are activated, the second transfer transistors TRGb1 and TRGb2 are also activated at the same time, and the memories MEM1 and MEM2 are also reset.
  • the electric charge generated by the photodiode PD is distributed to the memories MEM1 and MEM2 and accumulated. Then, at the timing of reading, the charges held in the memories MEM1 and MEM2 are transferred to the floating diffusion regions FD1 and FD2, respectively, and are output from the pixel 10.
  • the Moth Eye structural portion 111 in which fine irregularities are periodically formed is formed above the formation region of the photodiode PD.
  • the antireflection film 43 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 41 corresponding to the moth-eye structure portion 111 is also formed with the moth-eye structure.
  • the moth-eye structure 111 is formed, for example, in an inverted pyramid structure in which a plurality of quadrangular pyramid-shaped regions having vertices on the photodiode PD side are regularly arranged.
  • the moth-eye structure portion 111 may have a forward pyramid structure in which regions of a plurality of quadrangular pyramids having vertices on the on-chip lens 47 side are regularly arranged. The sizes and arrangements of the plurality of quadrangular pyramids may be randomly formed without being regularly arranged. Further, each concave portion or each convex portion of each quadrangular pyramid of the moth-eye structure portion 111 may have a certain degree of curvature and may have a rounded shape.
  • the moth-eye structure portion 111 may have a structure in which the concave-convex structure is repeated periodically or randomly, and the shape of the concave portion or the convex portion is arbitrary.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing another shape example of the moth-eye structural portion 111.
  • the shape of the moth-eye structure portion 111 has a surface parallel to the semiconductor substrate 41, and has a concave-convex structure in which recesses dug in a certain amount in the substrate depth direction are arranged so as to line up at regular intervals. ..
  • the antireflection film 43 is composed of two layers, a hafnium oxide film 53 and a silicon oxide film 55, but may be three layers or a single layer as in the other configuration examples.
  • the moth-eye structure portion 111 as a diffraction structure for diffracting the incident light on the light incident surface of the semiconductor substrate 41, a sudden change in the refractive index at the substrate interface is mitigated and reflected. The influence of light can be reduced.
  • the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 can be increased, and the quantum efficiency, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light can be improved.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a third configuration example of the pixel 10.
  • the material of the reflective film 141 in the third configuration example is different from that of the reflective film 63 in the first configuration example.
  • the metal wiring 67 electrically connected to the gate of the transfer transistor TRG1 or TRG2 is made of the same material (for example, copper, aluminum, etc.), but the third configuration is used. In the example, it is made of a material different from that of the metal wiring 67.
  • the metal wiring 67 is made of copper
  • the reflective film 141 is made of aluminum, tungsten (W), platinum (Pt), nickel (Ni), or the like.
  • the material forming the reflective film 141 can be determined, for example, according to the thickness of the semiconductor substrate 41.
  • the thickness of the semiconductor substrate 41 is thick (for example, when the thickness is 6 ⁇ m or more)
  • aluminum can be adopted as the material of the reflective film 141.
  • tungsten, platinum, nickel, or the like can be adopted as the material of the reflective film 141.
  • the material of the reflective film 141 has a relatively high reflectance (for example, greater than 70%). Material) can be adopted. Further, for example, when the thickness of the semiconductor substrate 41 is thin (for example, when the thickness is smaller than 6 ⁇ m), the material of the reflective film 141 has a relatively low reflectance (for example, a material having a reflectance of 30 to 70% or less). ) Can be adopted.
  • a material having a lower reflectance (refractive index) than the material of the other metal wiring 67 of the first metal film M1 is used, at least in the wavelength range of infrared light.
  • a material having a lower reflectance (refractive index) than the material of the other metal wiring 67 of the first metal film M1 is used, at least in the wavelength range of infrared light.
  • examples of such a material include metals such as Al, Ni, Cr, Fe, Pt, Rh, and Sn and alloys thereof, and metal compounds such as Ta2O5, Al2O3, and Si3N4.
  • the reflected light received by the light receiving element 1 is infrared light having a wavelength of about 780 nm to 1000 nm, absorbs less silicon as the semiconductor substrate 41, and has low quantum efficiency. Therefore, the light incident on the semiconductor substrate 41 penetrates the semiconductor substrate 41 and is reflected back to the semiconductor substrate 41 by the reflective film 141. At this time, when the reflectance of the reflective film 141 is as high as close to 100%, the light reflected by the reflective film 141 further penetrates the light incident surface of the semiconductor substrate 41 as shown by the solid line arrow in FIG. It is reflected by the on-chip lens 47 and leaks to the adjacent pixel 10, which may cause flare.
  • the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is increased, the quantum efficiency, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light is improved, and the reflected light penetrates the semiconductor substrate 41. It is possible to suppress the cause of flare caused by.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a first modification of the pixel 10 according to the third configuration example shown in FIG.
  • FIG. 15 the parts corresponding to the third configuration example shown in FIG. 13 are designated by the same reference numerals, and the description of the parts will be omitted as appropriate.
  • the position of the reflective film 141 in the substrate depth direction is different from the third configuration example shown in FIG. 13 and is common to the third configuration example shown in FIG. 13 in other respects. ..
  • the position of the reflective film 141 in the substrate depth direction was formed at the same position (same layer) as the first metal film M1, but FIG. 15 shows. In the first modification, it is formed at a position (different layer) different from that of the first metal film M1. Specifically, the position of the reflective film 141 in the substrate depth direction is formed on the photodiode PD side (semiconductor substrate 41 side) of the first metal film M1.
  • the reflective film 141 When the reflective film 141 is formed in the same layer as the first metal film M1, as shown in A of FIG. 16, the reflective film 141 must be arranged avoiding the metal wiring 67 of the first metal film M1. The area of the reflective film 141 in a plan view becomes smaller.
  • the metal wiring 67 and the reflective film 141 of the first metal film M1 are arranged in a plan view. Can interfere with each other, so that the reflective film 141 can be largely arranged in the region where it overlaps with the photodiode PD. Thereby, the purpose of the reflective film 63 can be achieved more greatly. That is, more infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 can be reflected by the reflective film 63 and incident into the semiconductor substrate 41.
  • the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 is increased, the quantum efficiency, that is, the sensitivity of the pixel 10 to infrared light is improved, and the reflected light penetrates the semiconductor substrate 41. It is possible to suppress the cause of flare caused by.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a second modification of the pixel 10 according to the third configuration example shown in FIG.
  • FIG. 17 the parts corresponding to the third configuration example shown in FIG. 13 are designated by the same reference numerals, and the description of the parts will be omitted as appropriate.
  • the reflective film 141 of the third configuration example shown in FIG. 13 is replaced with the reflective film 141P, and the other configurations are the same as those of the third configuration example shown in FIG. ..
  • the position of the reflective film 141P in the depth direction of the substrate is different from that of the reflective film 141 shown in FIG. 13, and the material formed is also different from that of the reflective film 141.
  • the reflective film 141P is formed of the same material (for example, polysilicon) as the gates of the transfer transistors TRG1 and TRG2 at the same substrate depth position as the gates of the transfer transistors TRG1 and TRG2.
  • the reflective film 141P can be formed at the same time as the gates of the transfer transistors TRG1 and TRG2. Can be standardized and the number of steps can be reduced.
  • the reflective film 141P may be formed of polysilicon and a salicide film.
  • the position of the reflective film 141 or 141P in the substrate depth direction is set to the photodiode PD side with respect to the first metal film M1 to form multiple layers. It is also possible to prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the wiring layer 42.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a fourth configuration example of the pixel 10.
  • FIG. 18 the parts corresponding to the third configuration example shown in FIG. 13 are designated by the same reference numerals, and the description of the parts will be omitted as appropriate.
  • a moth-eye structure portion 161 in which fine irregularities are periodically formed is further formed on the connection surface between the semiconductor substrate 41 and the multilayer wiring layer 42 below the formation region of the photodiode PD.
  • the moth-eye structure portion 161 may have an inverted pyramid structure or an forward pyramid structure, similar to the moth-eye structure portion 111 described with reference to FIG.
  • the moth-eye structure portion 161 may have a concavo-convex structure in which recesses parallel to the semiconductor substrate 41 are arranged at regular intervals, as shown in FIG.
  • the light penetrating the photodiode PD is diffused and reflected by the moth-eye structure portion 111. It reaches the membrane 141. Since the reflection of the infrared light by the reflection film 141 is suppressed, it is possible to prevent the light reflected by the reflection film 141 from further penetrating the light incident surface of the semiconductor substrate 41. As a result, it is possible to prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the on-chip lens 47 side.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a fifth configuration example of the pixel 10.
  • FIG. 19 the parts corresponding to the third configuration example shown in FIG. 13 are designated by the same reference numerals, and the description of the parts will be omitted as appropriate.
  • the reflective film 141 of the third configuration example shown in FIG. 13 is replaced with the reflective film 141M.
  • the other configurations shown in FIG. 19 are the same as those of the third configuration example shown in FIG.
  • the reflective film 141M is different from the reflective film 141 in that the surface shape on the semiconductor substrate 41 side has a moth-eye structure in which fine irregularities are periodically formed.
  • the surface shape of the reflective film 141M on the semiconductor substrate 41 side into a moth-eye structure, the light penetrating the photodiode PD is diffused by the reflective film 141M and the semiconductor substrate 41 is diffused as in the fourth configuration example of FIG. Reflect to.
  • the reflection of infrared light by the reflective film 141M is suppressed, so that the light reflected by the reflective film 141M can be further suppressed from penetrating the light incident surface of the semiconductor substrate 41.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a sixth configuration example of the pixel 10.
  • the pixel 10 according to the fifth configuration example of FIG. 20 is the back surface of the semiconductor substrate 41, has the moth-eye structure 111 above the forming region of the photodiode PD, and is the front surface of the semiconductor substrate 41.
  • the moth-eye structure portion 161 is provided below the formation region of the photodiode PD.
  • the pixel 10 according to the sixth configuration example of FIG. 20 has a reflectance in the layer of the first metal film M1 below the formation region of the photodiode PD, as compared with the material of the other metal wiring 67 of the first metal film M1. It has a reflective film 141 made of a low material.
  • the pixel 10 according to the sixth configuration example of FIG. 20 has a structure in which the moth-eye structure portion 111 is added to the back surface side of the semiconductor substrate 41 of the fourth configuration example shown in FIG.
  • the shape of the fine concavo-convex structure of the moth-eye structure portion 161 may be the same or different.
  • the cycle of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 111 and the cycle of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 161 may be the same or different.
  • the period of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 111 is formed longer than the period of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 161
  • light having a wavelength close to infrared is diffused by the moth-eye structure portion 111 and has a wavelength close to ultraviolet.
  • Light is diffused by the moth-eye structure 161 and light having a wavelength close to infrared light is not diffused by the moth-eye structure 161.
  • the period of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 111 is formed longer than the period of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 161. ..
  • the period of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 161 is formed longer than the period of the concave-convex structure of the moth-eye structure portion 111. Will be done.
  • the reflective film 141 having a lower reflectance than the other metal wiring 67 can prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the on-chip lens 47 side. it can. Further, the moth-eye structure portions 111 and 161 can prevent the light reflected by the reflective film 141 from further penetrating the light incident surface of the semiconductor substrate 41.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a seventh configuration example of the pixel 10.
  • the pixel 10 according to the sixth configuration example of FIG. 21 has a moth-eye structure portion 111 on the back surface of the semiconductor substrate 41.
  • the pixel 10 according to the sixth configuration example of FIG. 20 has a reflectance in the layer of the first metal film M1 below the formation region of the photodiode PD, as compared with the material of the other metal wiring 67 of the first metal film M1. It has a reflective film 141 made of a low material.
  • a plurality of dummy contacts 181 are formed on the surface of the reflective film 141 on the semiconductor substrate 41 side.
  • the dummy contact 181 is a contact wiring made of the same material as the gate contact 66 connected to the gate of the transfer transistor TRG1 or TRG2, formed in the same process, but not connected to the gate of the pixel transistor.
  • the light penetrating the photodiode PD is diffused by the plurality of dummy contacts 181 by the plurality of dummy contacts 181 formed on the surface of the reflective film 141M on the semiconductor substrate 41 side, and is reflected on the semiconductor substrate 41.
  • the light reflected by the reflective film 141 from further penetrating the light incident surface of the semiconductor substrate 41.
  • the reflective film 141 having a lower reflectance than the other metal wiring 67 can prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the on-chip lens 47 side. it can. Further, the moth-eye structure 111 can prevent the light reflected by the reflective film 141 from further penetrating the light incident surface of the semiconductor substrate 41.
  • the plane shape and size of the dummy contact 181 and the number of the dummy contacts 141 arranged on the plane are not particularly limited and can be arbitrarily determined.
  • the size and shape of the dummy contact 181 may be the same as or different from the size and shape of the gate contact 66 connected to the gate of the transfer transistor TRG1 or TRG2.
  • the dummy contact 181 is formed in a plane size larger than that of the gate contact 66, is not connected to the reflective film 141, sandwiches the interlayer insulating film 62, and is slightly larger than the reflective film 141. It may be formed above (photodiode PD side).
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing an eighth configuration example of the pixel 10.
  • the pixel 10 as the eighth configuration example shown in FIG. 23 has a characteristic configuration of both the first configuration example shown in FIG. 2 and the third configuration example shown in FIG.
  • the pixel 10 of FIG. 23 is formed in the layer of the first metal film M1 below the forming region of the photodiode PD with a material having a lower reflectance than the material of the other metal wiring 67 of the first metal film M1. It has a reflective film 141.
  • the pixel 10 in FIG. 23 is an inter-pixel shading that prevents the incident light reflected by the reflective film 141 from being incident on the photodiode PD of the adjacent pixel 10 at the pixel boundary portion 44 of the multilayer wiring layer 42. It has a part 65.
  • the inter-pixel shading portion 65 arranged at the pixel boundary portion 44 of the multilayer wiring layer 42 causes the incident light to leak to the adjacent pixels due to the wraparound from the multilayer wiring layer 42. Prevent crowding.
  • the reflective film 141 arranged below the photodiode PD forming region of the multilayer wiring layer 42 can prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the on-chip lens 47 side.
  • the pixel 10 shown in FIG. 24 has a structure in which a moth-eye structure portion 111 is further added to the back surface of the semiconductor substrate 41 in addition to the inter-pixel light-shielding portion 65 and the reflective film 141 in FIG. 23.
  • the moth-eye structure 111 can further suppress reflection at the substrate interface.
  • first configuration example or second configuration example described above for preventing incident light from leaking to adjacent pixels due to wraparound from the multilayer wiring layer 42, and an on-chip lens 47.
  • Adjacent of the incident light due to the wraparound from the multilayer wiring layer 42 by appropriately combining various configurations (the above-mentioned third configuration example to the seventh configuration example) for preventing the incident light from leaking to the adjacent pixel due to the wraparound from the side. It is possible to simultaneously achieve prevention of leakage to pixels and prevention of leakage of incident light from the on-chip lens 47 side to adjacent pixels.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a ninth configuration example of the pixel 10.
  • FIG. 25 the parts corresponding to the above-mentioned first configuration example to the eighth configuration example are designated by the same reference numerals, and the description of the parts will be omitted as appropriate.
  • the light receiving element 1 is configured by using only one semiconductor substrate, that is, the semiconductor substrate 41, but in the ninth configuration example of FIG. 25, the semiconductor substrate 41 is used. It is configured by using two semiconductor substrates of the semiconductor substrate 301.
  • the pixel 10 according to the ninth configuration example of FIG. 25 has a configuration in which the eighth configuration example of FIG. 23 using one semiconductor substrate 41 is changed to a configuration using two semiconductor substrates 41 and a semiconductor substrate 301. Has been done.
  • the semiconductor substrate 41 and the semiconductor substrate 301 will be referred to as the first substrate 41 and the second substrate 301, respectively.
  • the point that the inter-pixel light-shielding film 45, the flattening film 46, and the on-chip lens 47 are formed on the light incident surface side of the first substrate 41 is the first point of FIG. It is the same as the configuration example.
  • the point that the inter-pixel separation portion 61 is formed on the pixel boundary portion 44 on the back surface side of the first substrate 41 is also the same as that of the first configuration example of FIG.
  • the photodiode PD which is a photoelectric conversion unit, is formed on the first substrate 41 in pixel units, and the two transfer transistors TRG1 and TRG2 and the charge storage unit are on the front surface side of the first substrate 41.
  • the floating diffusion regions FD1 and FD2 are formed as above.
  • the difference from the first configuration example of FIG. 2 is that the insulating layer 313 of the wiring layer 311 on the surface side of the first substrate 41 is bonded to the insulating layer 312 of the second substrate 301.
  • the wiring layer 311 of the first substrate 41 includes at least one metal film M, and the metal film M is used to form a reflective film 141 in a region located below the region where the photodiode PD is formed. There is. Further, an inter-pixel light-shielding portion 65 is formed at the pixel boundary portion 44 of the wiring layer 311.
  • Pixel transistors Tr1 and Tr2 are formed at the interface on the side opposite to the insulating layer 312 side, which is the bonding surface side of the second substrate 301.
  • the pixel transistors Tr1 and Tr2 are, for example, an amplification transistor AMP and a selection transistor SEL.
  • the transfer transistor TRG the transfer transistor TRG, the switching transistor FDG, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL All the pixel transistors were formed on the semiconductor substrate 41, but in the light receiving element 1 of the ninth configuration example having a laminated structure of two semiconductor substrates, the pixel transistors other than the transfer transistor TRG, that is, the switching transistor The FDG, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are formed on the second substrate 301.
  • the multilayer wiring layer 321 includes a first metal film M11, a second metal film M12, and an interlayer insulating film 333.
  • the transfer drive signal TRG1g that controls the transfer transistor TRG1 is transmitted from the first metal film M11 of the second substrate 301 to the transfer transistor TRG1 of the first substrate 41 by TSV (Through Silicon Via) 331-1 penetrating the second substrate 301. It is supplied to the gate electrode of.
  • the transfer drive signal TRG2g for controlling the transfer transistor TRG2 is supplied from the first metal film M11 of the second substrate 301 to the gate electrode of the transfer transistor TRG2 of the first substrate 41 by the TSV331-2 penetrating the second substrate 301.
  • the electric charge accumulated in the floating diffusion region FD1 is transmitted from the first substrate 41 side to the first metal film M11 of the second substrate 301 by the TSV332-1 penetrating the second substrate 301.
  • the electric charge accumulated in the floating diffusion region FD2 is also transmitted from the first substrate 41 side to the first metal film M11 of the second substrate 301 by the TSV332-2 penetrating the second substrate 301.
  • the wiring capacity 64 is formed in the first metal film M11 or the second metal film M12 in an area (not shown).
  • the metal film M on which the wiring capacitance 64 is formed has a high wiring density due to the capacitance formation, and the metal film M connected to the gate electrode such as the transfer transistor TRG or the switching transistor FDG is wired to reduce the induced current. The density is low.
  • the wiring layer (metal film M) connected to the gate electrode may be different for each pixel transistor.
  • the pixel 10 according to the ninth configuration example can be configured by laminating two semiconductor substrates of the first substrate 41 and the second substrate 301, and the pixel transistors other than the transfer transistor TRG are photoelectric. It is formed on a second substrate 301 different from the first substrate 41 having a conversion unit. Further, a vertical drive unit 22 for controlling the drive of the pixel 10, a pixel drive line 28, a vertical signal line 29 for transmitting a detection signal, and the like are also formed on the second substrate 301. As a result, the pixels can be miniaturized, and the degree of freedom in BEOL (Back End Of Line) design is increased.
  • BEOL Back End Of Line
  • the reflective film 141 is formed in the region of the wiring layer 311 located below the formation region of the photodiode PD, and the inter-pixel light-shielding portion 65 is formed in the pixel boundary portion 44 of the wiring layer 311. There is. As a result, it is possible to simultaneously prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the multilayer wiring layer 42 and the incident light from the on-chip lens 47 side from leaking to the adjacent pixels. ..
  • the ninth configuration example of FIG. 25 is a configuration in which the eighth configuration example of FIG. 23 is changed to a laminated structure in which two semiconductor substrates are laminated, but the same applies to the above-mentioned first configuration example to seventh configuration example. In addition, it is possible to change the configuration to a laminated structure in which two semiconductor substrates are laminated.
  • the pixel structure having at least one of the inter-pixel light-shielding portion 65 and the reflective film 141 described above is not limited to the light-receiving element that outputs distance measurement information by the indirect ToF method, and is an IR that receives infrared light and generates an IR image. It can also be applied to an image sensor.
  • FIG. 26 shows the circuit configuration of the pixel 10 when the light receiving element 1 is configured as an IR image sensor that generates and outputs an IR image.
  • the electric charge generated by the photodiode PD is distributed and accumulated in the two floating diffusion regions FD1 and FD2, so that the pixel 10 includes the transfer transistor TRG, the floating diffusion region FD, and the additional capacitance. It had two FDLs, two switching transistors FDG, two amplification transistors AMP, two reset transistors RST, and two selection transistors SEL.
  • the light receiving element 1 is an IR imaging sensor
  • only one charge storage unit is required to temporarily hold the charge generated by the photodiode PD, so that the transfer transistor TRG, the floating diffusion region FD, the additional capacitance FDL, and the switching transistor are required.
  • the FDG, the amplification transistor AMP, the reset transistor RST, and the selection transistor SEL are also one each.
  • the pixel 10 when the light receiving element 1 is an IR image sensor, the pixel 10 has the transfer transistor TRG2, the switching transistor FDG2, and the reset transistor RST2, as shown in FIG. 26, from the circuit configuration shown in FIG. This is equivalent to the configuration in which the amplification transistor AMP2 and the selection transistor SEL2 are omitted.
  • the floating diffusion region FD2 and the vertical signal line 29B are also omitted.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of the pixel 10 when the light receiving element 1 is configured as an IR image sensor.
  • FIG. 27 is a cross-sectional configuration when the eighth configuration example shown in FIG. 23 is applied to the IR imaging sensor.
  • the difference between the case where the light receiving element 1 is configured as an IR image sensor and the case where the light receiving element 1 is configured as a ToF sensor is a floating diffusion region formed on the front surface side of the semiconductor substrate 41 as described with reference to FIG. The presence or absence of FD2 and a pixel transistor. Therefore, the configuration of the multilayer wiring layer 42 on the front surface side of the semiconductor substrate 41 is different from that in FIG. 23. Specifically, as compared with FIG. 23, the floating diffusion region FD2 and the transfer transistor TRG2 are omitted in the pixel 10 of FIG. 27.
  • the reflective film 141 is formed on the first metal film M1 of the multilayer wiring layer 42 below the formation region of the photodiode PD, and the first metal is formed on the first metal film M1. It is formed by using a material having a lower reflectance than the material of the other metal wiring 67 of the film M1. Further, an inter-pixel light-shielding portion 65 is formed at the pixel boundary portion 44 of the multilayer wiring layer 42.
  • FIG. 27 shows a cross-sectional configuration when the eighth configuration example shown in FIG. 23 is applied to the IR imaging sensor.
  • the above-mentioned first configuration example to seventh configuration example also have the semiconductor substrate 41. By omitting the floating diffusion region FD2 formed on the front surface side and the corresponding pixel transistor, it can be applied to an IR imaging sensor.
  • the light receiving element 1 is configured as an IR image sensor
  • the inter-pixel light-shielding portion 65 at the pixel boundary portion 44 of the multilayer wiring layer 42, the incident light wraps around from the multilayer wiring layer 42 to the adjacent pixels. Leakage can be prevented. Further, by providing the reflective film 141, it is possible to prevent the incident light from leaking to the adjacent pixels due to the wraparound from the on-chip lens 47 side.
  • the light receiving element 1 is configured as an IR image sensor, the amount of infrared light photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 can be increased, and the quantum efficiency, that is, the sensitivity to infrared light can be improved. it can.
  • RGBIR image sensor> The pixel structure having at least one of the inter-pixel light-shielding portion 65 and the reflective film 141 described above is applicable not only to a light receiving element that receives only infrared light but also to an RGBIR imaging sensor that receives infrared light and RGB light. can do.
  • FIG. 28 shows an example of pixel arrangement when the light receiving element 1 is configured as an RGBIR imaging sensor that receives infrared light and RGB light.
  • the 4 pixels of 2x2 receive the R pixel that receives the R (red) light and the B (blue) light.
  • a B pixel, a G pixel that receives G (green) light, and an IR pixel that receives IR (infrared) light are assigned.
  • the reflective film 63 or 141 that reflects the infrared light that has passed through the semiconductor substrate 41 without being photoelectrically converted in the semiconductor substrate 41 and re-enters the semiconductor substrate 41 is an R pixel, a B pixel, or a G pixel. , And, it may be arranged in all of the IR pixels, or it may be arranged only in a part of pixels for the purpose of adjusting the light receiving amount (light receiving sensitivity) and the like.
  • the reflection film 63 or 141 is arranged on the IR pixel and the R pixel, and the B pixel and the G pixel are arranged.
  • the reflective film 63 or 141 may not be arranged on the surface.
  • FIG. 29 is a block diagram showing a configuration example of a distance measuring module that outputs distance measurement information using the light receiving element 1 described above.
  • the ranging module 500 includes a light emitting unit 511, a light emitting control unit 512, and a light receiving unit 513.
  • the light emitting unit 511 has a light source that emits light having a predetermined wavelength, and emits irradiation light whose brightness fluctuates periodically to irradiate an object.
  • the light emitting unit 511 has a light emitting diode that emits infrared light having a wavelength in the range of 780 nm to 1000 nm as a light source, and irradiates the light source in synchronization with the light emission control signal CLKp of a square wave supplied from the light emitting control unit 512. Generates light.
  • the emission control signal CLKp is not limited to a square wave as long as it is a periodic signal.
  • the light emission control signal CLKp may be a sine wave.
  • the light emission control unit 512 supplies the light emission control signal CLKp to the light emitting unit 511 and the light receiving unit 513, and controls the irradiation timing of the irradiation light.
  • the frequency of the light emission control signal CLKp is, for example, 20 MHz (MHz).
  • the frequency of the light emission control signal CLKp is not limited to 20 MHz, and may be 5 MHz, 100 MHz, or the like.
  • the light receiving unit 513 receives the reflected light reflected from the object, calculates the distance information for each pixel according to the light receiving result, and stores the depth value corresponding to the distance to the object (subject) as the pixel value. Generate and output.
  • the light receiving element 1 having the pixel structure according to any one of the first to eighth configuration examples described above is used.
  • the light receiving element 1 as the light receiving unit 513 obtains distance information from the detection signal corresponding to the electric charge distributed to the floating diffusion region FD1 or FD2 of each pixel 10 of the pixel array unit 21 based on the light emission control signal CLKp. Calculated for each pixel.
  • the light receiving unit 513 of the distance measuring module 500 that obtains and outputs the distance information to the subject by the indirect ToF method
  • the light receiving element 1 having the pixel structure of any one of the above-mentioned first to eighth configuration examples is used. Can be incorporated. Thereby, the distance measuring characteristics of the distance measuring module 500 can be improved.
  • the light receiving element 1 can be applied to a distance measuring module as described above, and for example, various electronic devices such as an image pickup device such as a digital still camera or a digital video camera having a distance measuring function, and a smartphone having a distance measuring function. Can be applied to.
  • an image pickup device such as a digital still camera or a digital video camera having a distance measuring function
  • a smartphone having a distance measuring function.
  • FIG. 30 is a block diagram showing a configuration example of a smartphone as an electronic device to which the present technology is applied.
  • the smartphone 601 has a distance measuring module 602, an image pickup device 603, a display 604, a speaker 605, a microphone 606, a communication module 607, a sensor unit 608, a touch panel 609, and a control unit 610. It is configured by being connected via. Further, the control unit 610 has functions as an application processing unit 621 and an operation system processing unit 622 by executing a program by the CPU.
  • the distance measuring module 500 of FIG. 29 is applied to the distance measuring module 602.
  • the distance measuring module 602 is arranged in front of the smartphone 601 and performs distance measurement for the user of the smartphone 601 to measure the depth value of the surface shape of the user's face, hand, finger, etc. Can be output as.
  • the image pickup device 603 is arranged in front of the smartphone 601 and acquires an image of the user of the smartphone 601 by taking an image of the user as a subject. Although not shown, the image pickup device 603 may be arranged on the back surface of the smartphone 601.
  • the display 604 displays an operation screen for performing processing by the application processing unit 621 and the operation system processing unit 622, an image captured by the image pickup device 603, and the like.
  • the communication module 607 is a network via a communication network such as the Internet, a public telephone network, a wide area communication network for wireless mobiles such as a so-called 4G line or a 5G line, a WAN (Wide Area Network), and a LAN (Local Area Network). Performs short-range wireless communication such as communication, Bluetooth (registered trademark), and NFC (Near Field Communication).
  • the sensor unit 608 senses speed, acceleration, proximity, etc., and the touch panel 609 acquires a touch operation by the user on the operation screen displayed on the display 604.
  • the application processing unit 621 performs processing for providing various services by the smartphone 601.
  • the application processing unit 621 can create a face by computer graphics that virtually reproduces the user's facial expression based on the depth value supplied from the distance measuring module 602, and can perform a process of displaying the face on the display 604. .
  • the application processing unit 621 can perform a process of creating, for example, three-dimensional shape data of an arbitrary three-dimensional object based on the depth value supplied from the distance measuring module 602.
  • the operation system processing unit 622 performs processing for realizing the basic functions and operations of the smartphone 601. For example, the operation system processing unit 622 can perform a process of authenticating the user's face and unlocking the smartphone 601 based on the depth value supplied from the distance measuring module 602. Further, the operation system processing unit 622 performs, for example, a process of recognizing a user's gesture based on the depth value supplied from the distance measuring module 602, and performs a process of inputting various operations according to the gesture. Can be done.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 31 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 provides a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating a braking force of a vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, blinkers or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or characters on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
  • the image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing.
  • the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver can control the driver. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving, etc., which runs autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the external information detection unit 12030, and performs coordinated control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits the output signal of at least one of the audio and the image to the output device capable of visually or audibly notifying the passenger or the outside of the vehicle of the information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a heads-up display.
  • FIG. 32 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as the image pickup unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100, for example.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the images in front acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 32 shows an example of the photographing range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging units 12102 and 12103.
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 as viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative velocity with respect to the vehicle 12100).
  • a predetermined speed for example, 0 km / h or more.
  • the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in front of the preceding vehicle in advance, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, electric poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that can be seen by the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging units 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition includes, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an imaging unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing for a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 outputs a square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the above is an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to the vehicle exterior information detection unit 12030 and the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the light receiving element 1 or the distance measuring module 500 can be applied to the distance detection processing block of the vehicle exterior information detection unit 12030 or the image pickup unit 12031.
  • the present technology can have the following configurations.
  • On-chip lens and Wiring layer and A semiconductor layer arranged between the on-chip lens and the wiring layer and having a photodiode is provided.
  • the wiring layer is A reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, It has a transfer transistor generated by the photodiode and reads out the electric charge.
  • the reflective film is a light receiving element formed of a material different from the metal wiring electrically connected to the gate of the transfer transistor.
  • the light receiving element according to (15), wherein the dummy contact has a shape different from that of the gate contact connected to the gate of the transfer transistor.
  • the first transfer transistor transfers the charge generated by the photodiode to the first charge storage unit, and then transfers the charge to the first charge storage unit.
  • the light receiving element according to any one of (1) to (16) above, wherein the second transfer transistor transfers the charge generated by the photodiode to the second charge storage unit.
  • the wiring layer is A reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, It has a transfer transistor generated by the photodiode and reads out the electric charge.
  • the reflection film is a distance measuring module made of a material different from the metal wiring electrically connected to the gate of the transfer transistor.
  • the wiring layer is A reflective film arranged so as to overlap at least a part of the photodiode in a plan view, It has a transfer transistor generated by the photodiode and reads out the electric charge.
  • the reflective film is an electronic device including a distance measuring module made of a material different from the metal wiring electrically connected to the gate of the transfer transistor.

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Abstract

本技術は、入射光の隣接画素への漏れ込みを低減することができるようにする受光素子、測距モジュール、および、電子機器に関する。 受光素子は、オンチップレンズと、配線層と、オンチップレンズと配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層とを備える。配線層は、平面視においてフォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタとを有し、反射膜は、転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている。本技術は、例えば、被写体までの距離を測定する測距モジュール等に適用できる。

Description

受光素子、測距モジュール、および、電子機器
　本技術は、受光素子、測距モジュール、および、電子機器に関し、特に、入射光の隣接画素への漏れ込みを低減できるようにした受光素子、測距モジュール、および、電子機器に関する。
　従来、間接ToF（Time of Flight）方式を利用した測距システムが知られている。このような測距システムでは、ある位相でLED（Light Emitting Diode）やレーザを用いて照射されたアクティブ光が対象物にあたって反射した光を受光することで得られる信号電荷を高速に異なる領域に振り分けることのできるセンサが必要不可欠である。
　そこで、例えばセンサの基板に直接電圧を印加して基板内に電流を発生させることで、基板内の広範囲の領域を高速に変調できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－８６９０４号公報
　間接ToF方式に利用される受光素子の光源には、波長940nm近傍の近赤外線を使うケースが多い。近赤外線は、半導体層であるシリコンの吸収係数が低く、量子効率が低いため、光路長を延ばすことで量子効率を上げる構造が考えられるが、入射光の隣接画素への漏れ込みが懸念される。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、入射光の隣接画素への漏れ込みを低減できるようにするものである。
　本技術の第１の側面の受光素子は、
　オンチップレンズと、
　配線層と、
　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
　を備え、
　前記配線層は、
　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
　を有し、
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている。
　本技術の第２の側面の測距モジュールは、
　受光素子と
　を備え、
　前記受光素子は、
　　オンチップレンズと、
　　配線層と、
　　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
　を備え、
　前記配線層は、
　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
　を有し、
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている。
　本技術の第３の側面の電子機器は、
　所定の発光源と、
　受光素子と
　を備え、
　前記受光素子は、
　　オンチップレンズと、
　　配線層と、
　　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
　を備え、
　前記配線層は、
　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
　を有し、
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
　測距モジュール
　を備える。
　本技術の第１乃至第３の側面においては、受光素子に、オンチップレンズと、配線層と、前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層とが設けられ、前記配線層には、平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタとが設けられ、前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている。
　受光素子、測距モジュール、及び、電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本技術を適用した受光素子の概略構成例を示すブロック図である。 画素の第１構成例を示す断面図である。 画素間遮光部の効果を説明する図である。 画素の第１構成例の変形例を示す断面図である。 図２の画素の回路構成例を示す図である。 図４の画素回路の配置例を示す平面図である。 画素間遮光部のその他の形成例を示す平面図である。 画素間遮光部のその他の形成例を示す平面図である。 図２の画素のその他の回路構成例を示す図である。 図９の画素回路の配置例を示す平面図である。 画素の第２構成例を示す断面図である。 モスアイ構造部のその他の形状例を示す断面図である。 画素の第３構成例を示す断面図である。 図１３の反射膜の効果を説明する図である。 画素の第３構成例の第１変形例を示す断面図である。 図１５の反射膜の効果を説明する図である。 画素の第３構成例の第２変形例を示す断面図である。 画素の第４構成例を示す断面図である。 画素の第５構成例を示す断面図である。 画素の第６構成例を示す断面図である。 画素の第７構成例を示す断面図である。 画素の第７構成例の変形例を示す断面図である。 画素の第８構成例を示す断面図である。 画素の第８構成例の変形例を示す断面図である。 画素の第９構成例を示す断面図である。 受光素子がIR撮像センサとして構成される場合の画素の回路構成例を示す図である。 受光素子がIR撮像センサとして構成される場合の画素の断面図である。 受光素子がRGBIR撮像センサとして構成される場合の画素配置例を示す図である。 本技術を適用した測距モジュールの構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した電子機器としてのスマートフォンの構成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、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．受光素子の構成例
２．画素の第１構成例に係る断面図
３．第１構成例の変形例
４．画素の回路構成例
５．画素の平面図
６．画素のその他の回路構成例
７．画素の平面図
８．画素の第２構成例に係る断面図
９．画素の第３構成例に係る断面図
１０．第３構成例の変形例
１１．画素の第４構成例に係る断面図
１２．画素の第５構成例に係る断面図
１３．画素の第６構成例に係る断面図
１４．画素の第７構成例に係る断面図
１５．画素の第８構成例に係る断面図
１６．画素の第９構成例に係る断面図
１７．IR撮像センサの構成例
１８．RGBIR撮像センサの構成例
１９．測距モジュールの構成例
２０．電子機器の構成例
２１．移動体への応用例
　なお、以下の説明で参照する図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は実際のものとは異なる。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
　また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれる。
＜１．受光素子の構成例＞
　図１は、本技術を適用した受光素子の概略構成例を示すブロック図である。
　図１に示される受光素子１は、間接ToF方式による測距情報を出力するToFセンサである。
　受光素子１は、所定の光源から照射された光（照射光）が物体にあたって反射されてきた光（反射光）を受光し、物体までの距離情報をデプス値として格納したデプス画像を出力する。なお、光源から照射される照射光は、例えば、波長が７８０nm乃至１０００nmの範囲の赤外光であり、オンオフが所定の周期で繰り返されるパルス光である。
　受光素子１は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部２１と、画素アレイ部２１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する。周辺回路部は、例えば垂直駆動部２２、カラム処理部２３、水平駆動部２４、およびシステム制御部２５等から構成されている。
　受光素子１には、さらに信号処理部２６およびデータ格納部２７も設けられている。なお、信号処理部２６およびデータ格納部２７は、受光素子１と同じ基板上に搭載してもよいし、受光素子１とは別のモジュール内の基板上に配置してもよい。
　画素アレイ部２１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する画素１０が行方向および列方向の行列状に２次元配置された構成となっている。すなわち、画素アレイ部２１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１０を複数有する。ここで、行方向とは、水平方向の画素１０の配列方向をいい、列方向とは、垂直方向の画素１０の配列方向をいう。行方向は、図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。画素１０の詳細については、図２以降で後述する。
　画素アレイ部２１においては、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線２８が行方向に沿って配線されるとともに、各画素列に２つの垂直信号線２９が列方向に沿って配線されている。画素駆動線２８は、画素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。なお、図１では、画素駆動線２８について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線２８の一端は、垂直駆動部２２の各行に対応した出力端に接続されている。
　垂直駆動部２２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部２１の各画素１０を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部２２は、垂直駆動部２２を制御するシステム制御部２５とともに、画素アレイ部２１の各画素１０の動作を制御する駆動部を構成している。
　垂直駆動部２２による駆動制御に応じて画素行の各画素１０から出力される検出信号は、垂直信号線２９を通してカラム処理部２３に入力される。カラム処理部２３は、各画素１０から垂直信号線２９を通して出力される検出信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の検出信号を一時的に保持する。カラム処理部２３は、具体的には、信号処理としてノイズ除去処理やAD（Analog to Digital）変換処理などを行う。
　水平駆動部２４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部２３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部２４による選択走査により、カラム処理部２３において単位回路ごとに信号処理された検出信号が順番に信号処理部２６へ出力される。
　システム制御部２５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部２２、カラム処理部２３、および水平駆動部２４などの駆動制御を行う。
　信号処理部２６は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部２３から出力される検出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２７は、信号処理部２６で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。
　以上のように構成される受光素子１は、物体までの距離情報をデプス値として画素値に格納したデプス画像を出力する。
＜２．画素の第１構成例に係る断面図＞
　図２は、画素アレイ部２１に配置される画素１０の第１構成例を示す断面図である。
　受光素子１は、半導体基板４１と、その表面側（図中下側）に形成された多層配線層４２とを備える。
　半導体基板４１は、例えばシリコン（Si）で構成され、例えば数μｍ程度の厚みを有して形成されている。半導体基板４１では、例えば、P型（第１導電型）の半導体領域５１に、N型（第２導電型）の半導体領域５２が画素単位に形成されることにより、フォトダイオードPDが画素単位に形成されている。半導体基板４１の表裏両面に設けられているP型の半導体領域５１は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
　図２において上側となる半導体基板４１の上面が、半導体基板４１の裏面であり、光が入射される光入射面となる。半導体基板４１の裏面側上面には、反射防止膜４３が形成されている。
　反射防止膜４３は、例えば、固定電荷膜および酸化膜が積層された積層構造とされ、例えば、ALD（Atomic Layer Deposition）法による高誘電率（High-k）の絶縁薄膜を用いることができる。具体的には、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）や、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ＳＴＯ（Strontium Titan Oxide）などを用いることができる。図２の例では、反射防止膜４３は、酸化ハフニウム膜５３、酸化アルミニウム膜５４、および酸化シリコン膜５５が積層されて構成されている。
　反射防止膜４３の上面であって、半導体基板４１の隣接する画素１０の境界部４４（以下、画素境界部４４とも称する。）には、入射光の隣接画素への入射を防止する画素間遮光膜４５が形成されている。画素間遮光膜４５の材料は、光を遮光する材料であればよく、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）などの金属材料を用いることができる。
　反射防止膜４３の上面と、画素間遮光膜４５の上面には、平坦化膜４６が、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）等の絶縁膜、または、樹脂などの有機材料により形成されている。
　そして、平坦化膜４６の上面には、オンチップレンズ４７が画素単位に形成されている。オンチップレンズ４７は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料で形成される。オンチップレンズ４７によって集光された光は、フォトダイオードPDに効率良く入射される。
　また、半導体基板４１の裏面側の画素境界部４４には、半導体基板４１の裏面側（オンチップレンズ４７側）から基板深さ方向に所定の深さまで、隣接画素どうしを分離する画素間分離部６１が形成されている。画素間分離部６１の底面および側壁を含む外周部は、反射防止膜４３の一部である酸化ハフニウム膜５３で覆われている。画素間分離部６１は、入射光が隣の画素１０へ突き抜けることを防止し、自画素内に閉じ込めるとともに、隣接する画素１０からの入射光の漏れ込みを防止する。
　図２の例では、反射防止膜４３の最上層の材料である酸化シリコン膜５５を、裏面側から掘り込んだトレンチ（溝）に埋め込むことにより酸化シリコン膜５５と画素間分離部６１を同時形成するため、反射防止膜４３としての積層膜の一部である酸化シリコン膜５５と、画素間分離部６１とが同一の材料で構成されているが、必ずしも同一である必要はない。画素間分離部６１として裏面側から掘り込んだトレンチ（溝）に埋め込む材料は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料でもよい。
　一方、多層配線層４２が形成された半導体基板４１の表面側には、各画素１０に形成された１つのフォトダイオードPDに対して、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２が形成されている。また、半導体基板４１の表面側には、フォトダイオードPDから転送された電荷を一時保持する電荷蓄積部としての浮遊拡散領域FD１およびFD２が、高濃度のN型半導体領域（N型拡散領域）により形成されている。
　多層配線層４２は、複数の金属膜Mと、その間の層間絶縁膜６２とで構成される。図２では、第１金属膜M１乃至第３金属膜M３の３層で構成される例が示されている。
　多層配線層４２の複数の金属膜Mのうち、半導体基板４１に最も近い第１金属膜M１の、フォトダイオードPDの形成領域の下方に位置する領域、換言すれば、平面視において、フォトダイオードPDの形成領域と少なくとも一部が重なる領域には、反射膜（反射部材）６３が形成されている。反射膜６３は、第１金属膜M１の他のメタル配線６７と同じ材料、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等などの金属膜で形成されている。
　反射膜６３は、オンチップレンズ４７を介して光入射面から半導体基板４１内に入射し、半導体基板４１内で光電変換されずに半導体基板４１を透過してしまった赤外光を、反射膜６３で反射させて半導体基板４１内へと再度入射させる機能を有する。この反射機能により、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率（QE）、つまり赤外光に対する画素１０の感度を向上させることができる。
　また、反射膜６３は、オンチップレンズ４７を介して光入射面から半導体基板４１内に入射し、半導体基板４１内で光電変換されずに半導体基板４１を透過してしまった赤外光を、半導体基板４１に最も近い第１金属膜M１で遮光し、それより下方の第２金属膜M２や第３金属膜M３へ透過させないようにする。したがって、反射膜６３は、遮光膜でもあるとも言える。この遮光機能により、半導体基板４１内で光電変換されずに半導体基板４１を透過してしまった赤外光が、第１金属膜M１より下の金属膜Mで散乱し、近傍画素へ入射してしまうことを抑制できる。これにより、近傍画素で誤って光を検知してしまうことを防ぐことができる。
　また、多層配線層４２の画素境界部４４には、反射膜６３で反射された入射光が、隣の画素１０のフォトダイオードPDへ入射されることを防止する画素間遮光部６５が形成されている。画素間遮光部６５の材料としては、例えば、反射膜６３を含む第１金属膜M１のメタル配線６７と同じ材料を用いることができる。その他、例えば、メタル配線６７が銅であれば、画素間遮光部６５の材料にはタングステンを用いたり、有機材料を用いた赤外線吸収膜等で形成するなどして、第１金属膜M１のメタル配線６７と異なる材料を用いてもよい。
　画素間遮光部６５の基板深さ方向の位置は、画素間遮光部６５の目的を達成するため、第１金属膜M１の反射膜６３よりも上側（半導体基板４１側）に形成されている。例えば、画素間遮光部６５は、ポリシリコン等で形成された転送トランジスタTRG１またはTRG２のゲートと、第１金属膜M１のメタル配線６７とを接続するゲートコンタクト６６と同じ層位置（深さ方向の位置）か、または、それよりも半導体基板４１側に形成されている。画素間遮光部６５をゲートコンタクト６６と同じ層位置に形成する場合には、画素間遮光部６５とゲートコンタクト６６とを同時に形成することができるので、工程を共通化し、工程数を少なくすることができる。
　なお、第１金属膜M１のメタル配線６７のうち、ゲートコンタクト６６を介して、転送トランジスタTRG１またはTRG２のゲートと電気的に接続されているメタル配線を、コンタクト配線６７と称する。
　多層配線層４２の複数の金属膜Mのうち、所定の金属膜Mである、例えば、第２金属膜M２には、例えば、櫛歯形状にパターン形成することにより、配線容量６４が形成されている。反射膜６３と配線容量６４とは同じ層（金属膜M）に形成してもよいが、異なる層に形成する場合には、配線容量６４が、反射膜６３よりも半導体基板４１から遠い層に形成される。換言すれば、反射膜６３が、配線容量６４よりも半導体基板４１の近くに形成される。
　以上のように、受光素子１は、オンチップレンズ４７と多層配線層４２との間に半導体層である半導体基板４１を配置し、オンチップレンズ４７が形成された裏面側から入射光をフォトダイオードPDに入射させる裏面照射型の構造を有する。
　また、画素１０は、各画素に設けられたフォトダイオードPDに対して、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２を備え、フォトダイオードPDで光電変換されて生成された電荷（電子）を、浮遊拡散領域FD１またはFD２に振り分け可能に構成されている。
　受光素子１が受光する反射光は、波長が７８０nm乃至１０００nm程度の赤外光であり、半導体基板４１であるシリコンの吸収が少なく、量子効率が低い。そのため、第１構成例に係る画素１０は、画素境界部４４に画素間分離部６１を形成することにより、入射光が隣の画素１０へ突き抜けることを防止し、自画素内に閉じ込めるとともに、隣接する画素１０からの入射光の漏れ込みを防止する。また、フォトダイオードPDの形成領域の下方の金属膜Mに反射膜６３を設けることにより、半導体基板４１内で光電変換されずに半導体基板４１を透過してしまった赤外光を、反射膜６３で反射させて半導体基板４１内へと再度入射させるように構成されている。
　一方で、フォトダイオードPDの形成領域の下方の第１金属膜M１に反射膜６３を設けることにより、例えば、図３の矢印で示されるように、反射膜６３で反射された入射光が隣接画素へ突き抜けることが懸念される。そこで、多層配線層４２の画素境界部４４に画素間遮光部６５を形成することにより、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する。
　以上の構成により、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率（QE）、つまり赤外光に対する画素１０の感度を向上させることができる。
＜３．第１構成例の変形例＞
　図４は、図２に示した第１構成例に係る画素１０の変形例を示す断面図である。
　図４において、図２に示した第１構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図４の変形例では、図２の第１構成例において半導体基板４１の裏面側（オンチップレンズ４７側）から掘り込んで形成されたDTI（Deep Trench Isolation)である画素間分離部６１が、半導体基板４１を貫通する画素間分離部７１に置き換えられた点が異なり、その他の点で共通する。
　画素間分離部７１は、半導体基板４１の裏面側（オンチップレンズ４７側）または表面側から反対側の基板面に貫通するまでトレンチを形成し、その内部に、反射防止膜４３の最上層の材料である酸化シリコン膜５５を埋め込むことにより形成される。画素間分離部７１としてトレンチ内に埋め込む材料は、酸化シリコン膜５５等の絶縁膜の他、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料でもよい。
　このような画素間分離部７１を形成することにより、隣接する画素どうしを電気的に完全分離することができる。これにより、入射光が隣の画素１０へ突き抜けることを防止し、自画素内に閉じ込めるとともに、隣接する画素１０からの入射光の漏れ込みを防止する。また、多層配線層４２の画素境界部４４に画素間遮光部６５を形成することにより、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する。
　したがって、第１構成例の変形例においても、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率、つまり赤外光に対する画素１０の感度を向上させることができる。
＜４．画素の回路構成例＞
　図５は、画素アレイ部２１に２次元配置された画素１０の回路構成を示している。
　画素１０は、光電変換素子としてフォトダイオードPDを備える。また、画素１０は、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、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をそれぞれ２個ずつ有する。さらに、画素１０は、電荷排出トランジスタOFGを有している。
　ここで、画素１０において２個ずつ設けられる転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、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のそれぞれを区別する場合、図５に示されるように、転送トランジスタTRG１およびTRG２、浮遊拡散領域FD１およびFD２、付加容量FDL１およびFDL２、切替トランジスタFDG１およびFDG２、増幅トランジスタAMP１およびAMP２、リセットトランジスタRST１およびRST２、並びに、選択トランジスタSEL１およびSEL２のように称する。
　転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、増幅トランジスタAMP、選択トランジスタSEL、リセットトランジスタRST、及び、電荷排出トランジスタOFGは、例えば、N型のMOSトランジスタで構成される。
　転送トランジスタTRG１は、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRG１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域FD１に転送する。転送トランジスタTRG２は、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRG２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域FD２に転送する。
　浮遊拡散領域FD１およびFD２は、フォトダイオードPDから転送された電荷を一時保持する電荷蓄積部である。
　切替トランジスタFDG１は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量FDL１を、浮遊拡散領域FD１に接続させる。切替トランジスタFDG２は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量FDL２を、浮遊拡散領域FD２に接続させる。付加容量FDL１およびFDL２は、図２の配線容量６４によって形成されている。
　リセットトランジスタRST１は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTgがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FD１の電位をリセットする。リセットトランジスタRST２は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTgがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FD２の電位をリセットする。なお、リセットトランジスタRST１およびRST２がアクティブ状態とされるとき、切替トランジスタFDG１およびFDG２も同時にアクティブ状態とされ、付加容量FDL１およびFDL２もリセットされる。
　垂直駆動部２２は、例えば、入射光の光量が多い高照度のとき、切替トランジスタFDG１およびFDG２をアクティブ状態として、浮遊拡散領域FD１と付加容量FDL１を接続するとともに、浮遊拡散領域FD２と付加容量FDL２を接続する。これにより、高照度時に、より多くの電荷を蓄積することができる。
　一方、入射光の光量が少ない低照度のときには、垂直駆動部２２は、切替トランジスタFDG１およびFDG２を非アクティブ状態として、付加容量FDL１およびFDL２を、それぞれ、浮遊拡散領域FD１およびFD２から切り離す。これにより、変換効率を上げることができる。
　電荷排出トランジスタOFGは、ゲート電極に供給される排出駆動信号OFG１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積された電荷を排出する。
　増幅トランジスタAMP１は、ソース電極が選択トランジスタSEL１を介して垂直信号線２９Aに接続されることにより、不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタAMP２は、ソース電極が選択トランジスタSEL２を介して垂直信号線２９Bに接続されることにより、不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。
　選択トランジスタSEL１は、増幅トランジスタAMP１のソース電極と垂直信号線２９Aとの間に接続されている。選択トランジスタSEL１は、ゲート電極に供給される選択信号SEL１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタAMP１から出力される検出信号VSL１を垂直信号線２９Aに出力する。
　選択トランジスタSEL２は、増幅トランジスタAMP２のソース電極と垂直信号線２９Bとの間に接続されている。選択トランジスタSEL２は、ゲート電極に供給される選択信号SEL２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタAMP２から出力される検出信号VSL２を垂直信号線２９Bに出力する。
　画素１０の転送トランジスタTRG１およびTRG２、切替トランジスタFDG１およびFDG２、増幅トランジスタAMP１およびAMP２、選択トランジスタSEL１およびSEL２、並びに、電荷排出トランジスタOFGは、垂直駆動部２２によって制御される。
　図５の画素回路において、付加容量FDL１およびFDL２と、その接続を制御する、切替トランジスタFDG１およびFDG２は省略してもよいが、付加容量FDLを設け、入射光量に応じて使い分けることにより、高ダイナミックレンジを確保することができる。
　画素１０の動作について簡単に説明する。
　まず、受光を開始する前に、画素１０の電荷をリセットするリセット動作が全画素で行われる。すなわち、電荷排出トランジスタOFGと、リセットトランジスタRST１およびRST２、並びに、切替トランジスタFDG１およびFDG２がオンされ、フォトダイオードPD、浮遊拡散領域FD１およびFD２、並びに、付加容量FDL１およびFDL２の蓄積電荷が排出される。
　蓄積電荷の排出後、全画素で受光が開始される。
　受光期間では、転送トランジスタTRG１とTRG２とが交互に駆動される。すなわち、第１の期間において、転送トランジスタTRG１がオン、転送トランジスタTRG２がオフに制御される。この第１の期間では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、浮遊拡散領域FD１に転送される。第１の期間の次の第２の期間では、転送トランジスタTRG１がオフ、転送トランジスタTRG２がオンに制御される。この第２の期間では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、浮遊拡散領域FD２に転送される。これにより、フォトダイオードPDで発生した電荷が、浮遊拡散領域FD１とFD２とに振り分けられて、蓄積される。
　ここで、光電変換で得られた電荷（電子）の読み出しが行われる方の転送トランジスタTRGおよび浮遊拡散領域FDをアクティブタップ（active tap）とも称することとする。逆に、光電変換で得られた電荷の読み出しが行われない方の転送トランジスタTRGおよび浮遊拡散領域FDをイナクティブタップ（inactive tap）とも称することとする。
　そして、受光期間が終了すると、画素アレイ部２１の各画素１０が、線順次に選択される。選択された画素１０では、選択トランジスタSEL１およびSEL２がオンされる。これにより、浮遊拡散領域FD１に蓄積された電荷が、検出信号VSL１として、垂直信号線２９Aを介してカラム処理部２３に出力される。浮遊拡散領域FD２に蓄積された電荷は、検出信号VSL２として、垂直信号線２９Bを介してカラム処理部２３に出力される。
　以上で１回の受光動作が終了し、リセット動作から始まる次の受光動作が実行される。
　画素１０が受光する反射光は、光源が照射したタイミングから、対象物までの距離に応じて遅延されている。対象物までの距離に応じた遅延時間によって、２つの浮遊拡散領域FD１とFD２に蓄積される電荷の配分比が変化するため、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、物体までの距離を求めることができる。
＜５．画素の平面図＞
　図６は、図５に示した画素回路の配置例を示した平面図である。
　図６における横方向は、図１の行方向（水平方向）に対応し、縦方向は図１の列方向（垂直方向）に対応する。
　図６に示されるように、矩形の画素１０の中央部の領域に、フォトダイオードPDがN型の半導体領域５２で形成されている。
　フォトダイオードPDの外側であって、矩形の画素１０の四辺の所定の一辺に沿って、転送トランジスタTRG１、切替トランジスタFDG１、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が直線的に並んで配置され、矩形の画素１０の四辺の他の一辺に沿って、転送トランジスタTRG２、切替トランジスタFDG２、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が直線的に並んで配置されている。
　さらに、転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、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が形成されている画素１０の二辺とは別の辺に、電荷排出トランジスタOFGが配置されている。
　画素間遮光部６５は、例えば、ゲートコンタクト６６と同じサイズおよび平面形状の遮光部材を各画素１０の境界線上に所定の間隔で配置することにより構成されている。図６の例では、画素間遮光部６５を構成する１個の遮光部材の平面形状は矩形状であるが、角部が丸みを帯びた矩形状や、楕円形状、円形状であってもよい。
　図７および図８は、画素間遮光部６５のその他の形成例を示す図である。
　画素間遮光部６５は、図７に示されるように、平面形状が、画素１０の境界線の方向に長く、他の画素１０との隣接する方向に短い線状の遮光部材を画素１０の境界線上に所定の間隔で配置した構成としてもよい。
　あるいはまた、画素間遮光部６５は、図８に示されるように、画素１０の全周を囲むように遮光部材を画素１０の境界線上に配置して構成してもよい。
＜６．画素のその他の回路構成例＞
　図９は、画素１０のその他の回路構成例を示している。
　図９において、図５と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　画素１０は、光電変換素子としてフォトダイオードPDを備える。また、画素１０は、第１転送トランジスタTRGa、第２転送トランジスタTRGb、メモリMEM、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。
　ここで、画素１０において２個ずつ設けられる第１転送トランジスタTRGa、第２転送トランジスタTRGb、メモリMEM、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のそれぞれを区別する場合、図９に示されるように、第１転送トランジスタTRGa1およびTRGa2、第２転送トランジスタTRGb1およびTRGb2、転送トランジスタTRG１およびTRG２、メモリMEM１およびMEM２、浮遊拡散領域FD１およびFD２、増幅トランジスタAMP１およびAMP２、並びに、選択トランジスタSEL１およびSEL２のように称する。
　従って、図５の画素回路と、図９の画素回路を比較すると、転送トランジスタTRGが、２種類の第１転送トランジスタTRGaおよび第２転送トランジスタTRGbに変更され、メモリMEMが追加されている。また、付加容量FDLと切替トランジスタFDGが省略されている。
　第１転送トランジスタTRGa、第２転送トランジスタTRGb、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は、例えば、N型のMOSトランジスタで構成される。
　図５に示した画素回路では、フォトダイオードPDで生成された電荷を、浮遊拡散領域FD１およびFD２に転送して保持するようにしたが、図９の画素回路では、電荷蓄積部として設けられたメモリMEM１およびMEM２に転送されて、保持される。
　即ち、第１転送トランジスタTRGa1は、ゲート電極に供給される第１転送駆動信号TRGa1gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷をメモリMEM１に転送する。第１転送トランジスタTRGa2は、ゲート電極に供給される第１転送駆動信号TRGa2gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷をメモリMEM２に転送する。
　また、第２転送トランジスタTRGb1は、ゲート電極に供給される第２転送駆動信号TRGb1gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、メモリMEM１に蓄積されている電荷を、浮遊拡散領域FD１に転送する。第２転送トランジスタTRGb2は、ゲート電極に供給される第２転送駆動信号TRGb2gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、メモリMEM２に蓄積されている電荷を、浮遊拡散領域FD２に転送する。
　リセットトランジスタRST１は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RST１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FD１の電位をリセットする。リセットトランジスタRST２は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RST２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FD２の電位をリセットする。なお、リセットトランジスタRST１およびRST２がアクティブ状態とされるとき、第２転送トランジスタTRGb1およびTRGb2も同時にアクティブ状態とされ、メモリMEM１およびMEM２もリセットされる。
　図５の画素回路では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、メモリMEM１とMEM２とに振り分けられて、蓄積される。そして、読み出されるタイミングで、メモリMEM１とMEM２に保持されている電荷が、それぞれ、浮遊拡散領域FD１とFD２に転送され、画素１０から出力される。
＜７．画素の平面図＞
　図１０は、図９に示した画素回路の配置例を示した平面図である。
　図１０における横方向は、図１の行方向（水平方向）に対応し、縦方向は図１の列方向（垂直方向）に対応する。
　図１０に示されるように、矩形の画素１０の中央部の領域に、フォトダイオードPDがN型の半導体領域５２で形成されている。
　フォトダイオードPDの外側であって、矩形の画素１０の四辺の所定の一辺に沿って、第１転送トランジスタTRGa1、第２転送トランジスタTRGb1、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が直線的に並んで配置され、矩形の画素１０の四辺の他の一辺に沿って、第１転送トランジスタTRGa2、第２転送トランジスタTRGb2、リセットトランジスタRST２、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が直線的に並んで配置されている。メモリMEM１およびMEM２は、例えば、埋め込み型のN型拡散領域により形成される。
　画素間遮光部６５としては、図６に示した、ゲートコンタクト６６と同じ平面形状の遮光部材を等間隔で配置した構成が採用されているが、図７や図８の構成や、その他の構成でもよい。
　なお、画素回路の配置は、図６または図１０の例に限られず、その他の配置とすることもできる。
＜８．画素の第２構成例に係る断面図＞
　図１１は、画素１０の第２構成例を示す断面図である。
　図１１において、図２に示した第１構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１１の第２構成例では、半導体基板４１の裏面であって、フォトダイオードPDの形成領域の上方に、微細な凹凸が周期的に形成されたモスアイ（Moth Eye）構造部１１１が形成されている。また、半導体基板４１のモスアイ構造部１１１に対応して、その上面に形成された反射防止膜４３もモスアイ構造で形成されている。
　半導体基板４１のモスアイ構造部１１１は、例えば、略同形状かつ略同じ大きさの複数の四角錐の領域が規則的に（格子状に）設けられた構成とされる。
　モスアイ構造部１１１は、例えば、フォトダイオードPD側に頂点を有する四角錐形状の複数の領域が規則的に並ぶように配列された逆ピラミッド構造に形成される。
　あるいはまた、モスアイ構造部１１１は、オンチップレンズ４７側に頂点を有する複数の四角錐の領域が、規則的に並ぶように配列された順ピラミッド構造でもよい。複数の四角錐の大きさおよび配置は、規則的に並ぶことなく、ランダムに形成されてもよい。また、モスアイ構造部１１１の各四角錐の各凹部または各凸部は、ある程度曲率を有し、丸みのある形状となっていてもよい。モスアイ構造部１１１は、凹凸構造が周期的にまたはランダムに繰り返される構造であればよく、凹部または凸部の形状は任意である。
　図１２は、モスアイ構造部１１１のその他の形状例を示す断面図である。
　図１２の例では、モスアイ構造部１１１の形状は、半導体基板４１に平行な面を有し、基板深さ方向に一定量掘り込んだ凹部が一定周期で並ぶように配列された凹凸構造を有する。なお、図１２では、反射防止膜４３が、酸化ハフニウム膜５３と酸化シリコン膜５５の２層で構成されているが、他の構成例と同様に３層でもよいし、単層でもよい。
　図１１および図１２のように、半導体基板４１の光入射面に、入射光を回折する回折構造としてモスアイ構造部１１１を形成することで、基板界面における急激な屈折率の変化を緩和し、反射光による影響を低減させることができる。
　第２構成例のその他の構成は、第１構成例と同様である。
　図１１および図１２においても、多層配線層４２の画素境界部４４に、画素間遮光部６５を形成することにより、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する。
　したがって、第２構成例においても、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率、つまり赤外光に対する画素１０の感度を向上させることができる。
＜９．画素の第３構成例に係る断面図＞
　図１３は、画素１０の第３構成例を示す断面図である。
　上述した第１および第２構成例では、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する構成について説明したが、第３構成例では、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する構成について説明する。
　図１３において、図２に示した第１構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１３に示される第３構成例では、図２においてフォトダイオードPDの形成領域の下方の第１金属膜M１と同じ層に形成されていた反射膜６３が、反射膜１４１に変更されている。また、図２において多層配線層４２の画素境界部４４に形成されていた画素間遮光部６５が省略されている。
　第３構成例における反射膜１４１は、第１構成例における反射膜６３とは形成されている材料が異なる。具体的には、第１構成例では、転送トランジスタTRG１またはTRG２のゲートと電気的に接続されているメタル配線６７と同じ材料（例えば、銅、アルミニウムなど）で形成されていたが、第３構成例では、メタル配線６７と異なる材料で形成されている。例えば、メタル配線６７が銅で形成されている場合、反射膜１４１は、アルミニウム、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）等で形成されている。
　反射膜１４１を形成する材料は、例えば、半導体基板４１の厚さに応じて決定することができる。例えば、半導体基板４１の厚さが厚いとき（例えば、６μｍ以上の厚さであるとき）、反射膜１４１の材料には、アルミニウムを採用することができる。また例えば、半導体基板４１の厚さが薄いとき（例えば、６μｍより小さい厚さであるとき）、反射膜１４１の材料には、タングステン、白金、ニッケルなどを採用することができる。
　換言すれば、例えば、半導体基板４１の厚さが厚いとき（例えば、６μｍ以上の厚さであるとき）、反射膜１４１の材料には、反射率が比較的高い材料（例えば、７０％より大きい材料）を採用することができる。また例えば、半導体基板４１の厚さが薄いとき（例えば、６μｍより小さい厚さであるとき）、反射膜１４１の材料には、反射率が比較的低い材料（例えば、３０ないし７０％以下の材料）を採用することができる。
　反射膜１４１を形成する材料には、少なくとも赤外光の波長の範囲において、第１金属膜M１の他のメタル配線６７の材料よりも反射率（屈折率）の低い材料が用いられる。そのような材料としては、例えば、Ａｌ,Ｎｉ,Ｃｒ,Ｆｅ,Ｐｔ,Ｒｈ,Ｓｎなどの金属及びその合金、Ｔａ2Ｏ5,Ａｌ2Ｏ3,Ｓｉ3Ｎ4などの金属化合物などが挙げられる。
　第３構成例のその他の構成は、第１構成例と同様である。
　受光素子１が受光する反射光は、波長が７８０nm乃至１０００nm程度の赤外光であり、半導体基板４１であるシリコンの吸収が少なく、量子効率が低い。そのため、半導体基板４１へ入射された光が、半導体基板４１を突き抜けて、反射膜１４１で再び、半導体基板４１へ反射される。このとき、反射膜１４１の反射率が１００％に近いほど高いと、図１４の実線の矢印のように、反射膜１４１で反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けて、オンチップレンズ４７で反射され、隣接する画素１０へ漏れ込み、フレアの原因となり得る。
　第３の構成例によれば、反射膜１４１を形成する材料を、第１金属膜M１の他のメタル配線６７の材料よりも反射率の低い材料で形成し、半導体基板４１の厚さに応じて、他のメタル配線６７よりも反射率を低くすることで、図１４の破線の矢印のように、反射膜１４１で反射された全ての光が半導体基板４１内で吸収されるように調整することができる。これにより、反射膜１４１で反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けることを抑制することができるので、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。
　以上の構成により、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率、つまり赤外光に対する画素１０の感度を向上させるとともに、反射光が半導体基板４１を突き抜けることによるフレアの原因を抑制することができる。
＜１０．第３構成例の変形例＞
＜第１変形例＞
　図１５は、図１３に示した第３構成例に係る画素１０の第１変形例を示す断面図である。
　図１５において、図１３に示した第３構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１５の第１変形例では、反射膜１４１の基板深さ方向の位置が、図１３に示した第３構成例と異なり、その他の点で、図１３に示した第３構成例と共通する。
　具体的には、図１３に示した第３構成例では、反射膜１４１の基板深さ方向の位置が、第１金属膜M１と同じ位置（同じ層）に形成されていたが、図１５の第１変形例では、第１金属膜M１と異なる位置（異なる層）に形成されている。具体的には、反射膜１４１の基板深さ方向の位置が、第１金属膜M１よりもフォトダイオードPD側（半導体基板４１側）に形成されている。
　反射膜１４１を第１金属膜M１と同じ層に形成した場合、図１６のAに示されるように、第１金属膜M１のメタル配線６７を避けて反射膜１４１を配置しなければならないため、平面視における反射膜１４１の面積が小さくなる。
　これに対して、反射膜１４１を第１金属膜M１と異なる層に形成した場合、図１６のBに示されるように、平面視で、第１金属膜M１のメタル配線６７と反射膜１４１とが干渉しないので、反射膜１４１を、フォトダイオードPDと重畳する領域に大きく配置することができる。これにより、反射膜６３の目的をより大きく達成することができる。すなわち、半導体基板４１内で光電変換されずに半導体基板４１を透過してしまった赤外光を、より多く、反射膜６３で反射させて半導体基板４１内へと入射させることができる。
　以上の構成により、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率、つまり赤外光に対する画素１０の感度を向上させるとともに、反射光が半導体基板４１を突き抜けることによるフレアの原因を抑制することができる。
＜第２変形例＞
　図１７は、図１３に示した第３構成例に係る画素１０の第２変形例を示す断面図である。
　図１７において、図１３に示した第３構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１７の第２変形例では、図１３に示した第３構成例の反射膜１４１が、反射膜１４１Pに置き換えられており、その他の構成は、図１３に示した第３構成例と共通する。
　反射膜１４１Pは、基板深さ方向の位置が、図１３に示した反射膜１４１と異なり、形成される材料も反射膜１４１と異なる。
　具体的には、反射膜１４１Pは、転送トランジスタTRG１およびTRG２のゲートと同じ基板深さ位置に、転送トランジスタTRG１およびTRG２のゲートと同じ材料（例えば、ポリシリコン）で形成されている。反射膜１４１Pを、転送トランジスタTRG１およびTRG２のゲートと同じ基板深さ位置に、同じ材料で形成することで、反射膜１４１Pを、転送トランジスタTRG１およびTRG２のゲートと同時に形成することができるので、工程を共通化し、工程数を少なくすることができる。なお、反射膜１４１Pは、ポリシリコンとサリサイド膜で形成してもよい。
　図１５の第１変形例および図１７の第２変形例のように、反射膜１４１または１４１Pの基板深さ方向の位置を、第１金属膜M１よりもフォトダイオードPD側とすることで、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みも防止することができる。
＜１１．画素の第４構成例に係る断面図＞
　図１８は、画素１０の第４構成例を示す断面図である。
　図１８において、図１３に示した第３構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１８の第４構成例では、フォトダイオードPDの形成領域の下方の半導体基板４１と多層配線層４２との接続面に、微細な凹凸が周期的に形成されたモスアイ構造部１６１が、さらに形成されている。モスアイ構造部１６１は、図１１で説明したモスアイ構造部１１１と同様に、逆ピラミッド構造または順ピラミッド構造とすることができる。あるいはまた、モスアイ構造部１６１は、図１２に示したような、半導体基板４１に平行な凹部が一定周期で並ぶように配列された凹凸構造でもよい。
　第４構成例のその他の構成は、図１３に示した第３構成例と同様である。
　フォトダイオードPDの形成領域の下方の半導体基板４１と多層配線層４２との界面に、モスアイ構造部１６１を形成することにより、フォトダイオードPDを突き抜けた光が、モスアイ構造部１１１で拡散され、反射膜１４１へ到達する。赤外光の反射膜１４１での反射が抑制されるので、反射膜１４１で反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けることを抑制することができる。その結果、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。
＜１２．画素の第５構成例に係る断面図＞
　図１９は、画素１０の第５構成例を示す断面図である。
　図１９において、図１３に示した第３構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１９の第５構成例では、図１３に示した第３構成例の反射膜１４１が、反射膜１４１Mに置き換えられている。図１９のその他の構成は、図１３に示した第３構成例と同一である。
　反射膜１４１Mは、半導体基板４１側の面形状が、微細な凹凸が周期的に形成されたモスアイ構造となっている点で、反射膜１４１と異なる。反射膜１４１Mの半導体基板４１側の面形状を、モスアイ構造とすることにより、図１８の第４構成例と同様に、フォトダイオードPD突き抜けた光が、反射膜１４１Mで拡散されて、半導体基板４１へ反射する。これにより、赤外光の反射膜１４１Mでの反射が抑制されるので、反射膜１４１Mで反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けることを抑制することができる。その結果、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。
＜１３．画素の第６構成例に係る断面図＞
　図２０は、画素１０の第６構成例を示す断面図である。
　図２０において、上述した第１ないし第５構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図２０の第５構成例に係る画素１０は、半導体基板４１の裏面であって、フォトダイオードPDの形成領域の上方に、モスアイ構造部１１１を有し、半導体基板４１のおもて面であって、フォトダイオードPDの形成領域の下方に、モスアイ構造部１６１を有する。
　また、図２０の第６構成例に係る画素１０は、フォトダイオードPDの形成領域の下方の第１金属膜M１の層に、第１金属膜M１の他のメタル配線６７の材料よりも反射率の低い材料で形成された反射膜１４１を有する。
　換言すれば、図２０の第６構成例に係る画素１０は、図１８に示した第４構成例の半導体基板４１の裏面側に、モスアイ構造部１１１を追加した構造とされている。
　図２０の第６構成例において、半導体基板４１の裏面側（図中の上側）のモスアイ構造部１１１の微細な凹凸構造の形状と、半導体基板４１のおもて面側（図中の下側）のモスアイ構造部１６１の微細な凹凸構造の形状は、同一でもよいし、異なっていてもよい。また、モスアイ構造部１１１の凹凸構造の周期と、モスアイ構造部１６１の凹凸構造の周期は、同一でもよいし、異なっていてもよい。
　例えば、モスアイ構造部１１１の凹凸構造の周期を、モスアイ構造部１６１の凹凸構造の周期より長く形成した場合、赤外に近い波長の光はモスアイ構造部１１１で拡散されて、紫外に近い波長の光はモスアイ構造部１６１で拡散され、赤外に近い波長の光はモスアイ構造部１６１で拡散されない。半導体基板４１の厚みが厚く、赤外光の反射を比較的に抑える必要がない場合には、モスアイ構造部１１１の凹凸構造の周期が、モスアイ構造部１６１の凹凸構造の周期より長く形成される。反対に、半導体基板４１の厚みが薄く、反射膜１４１における赤外光の反射を抑えたい場合には、モスアイ構造部１６１の凹凸構造の周期が、モスアイ構造部１１１の凹凸構造の周期より長く形成される。
　図２０の第６構成例においても、他のメタル配線６７よりも反射率を低くした反射膜１４１により、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。また、モスアイ構造部１１１および１６１により、反射膜１４１で反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けることを抑制することができる。
＜１４．画素の第７構成例に係る断面図＞
　図２１は、画素１０の第７構成例を示す断面図である。
　図２１において、上述した第１ないし第６構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図２１の第６構成例に係る画素１０は、半導体基板４１の裏面に、モスアイ構造部１１１を有している。
　また、図２０の第６構成例に係る画素１０は、フォトダイオードPDの形成領域の下方の第１金属膜M１の層に、第１金属膜M１の他のメタル配線６７の材料よりも反射率の低い材料で形成された反射膜１４１を有する。
　また、反射膜１４１の半導体基板４１側の面に、ダミーコンタクト１８１が複数形成されている。ダミーコンタクト１８１は、転送トランジスタTRG１またはTRG２のゲートに接続されるゲートコンタクト６６と同一の材料で、同一の工程で形成されるが、画素トランジスタのゲートには接続されないコンタクト配線である。反射膜１４１の半導体基板４１側の面に、複数のダミーコンタクト１８１を形成することにより、微細な凹凸構造が形成されるので、図１９に示した第５構成例の反射膜１４１Mと同様の効果を奏することができる。
　すなわち、反射膜１４１Mの半導体基板４１側の面に形成された複数のダミーコンタクト１８１により、フォトダイオードPDを突き抜けた光が、複数のダミーコンタクト１８１で拡散されて、半導体基板４１へ反射する。これにより、反射膜１４１で反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けることを抑制することができる。その結果、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。
　図２１の第７構成例においても、他のメタル配線６７よりも反射率を低くした反射膜１４１により、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。また、モスアイ構造部１１１により、反射膜１４１で反射された光が、半導体基板４１の光入射面をさらに突き抜けることを抑制することができる。
＜第７構成例の変形例＞
　なお、ダミーコンタクト１８１の平面形状やサイズ、反射膜１４１の平面上に配置される個数などは、特に限定されず、任意に決定することができる。ダミーコンタクト１８１のサイズおよび形状は、転送トランジスタTRG１またはTRG２のゲートに接続されるゲートコンタクト６６のサイズおよび形状と同じでもよいし、異なっていてもよい。
　例えば、図２２に示されるように、ダミーコンタクト１８１は、ゲートコンタクト６６よりも大きい平面サイズで形成し、反射膜１４１と接続されずに、層間絶縁膜６２を挟んで、反射膜１４１よりも少し上方（フォトダイオードPD側）に形成してもよい。
＜１５．画素の第８構成例に係る断面図＞
　図２３は、画素１０の第８構成例を示す断面図である。
　図２３において、上述した第１構成例ないし第７構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　上述した第１構成例ないし第７構成例およびその変形例では、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する各種の構成と、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する各種の構成とについて説明した。これらの各種の構成を適宜組み合わせて、多層配線層４２からの回り込みと、オンチップレンズ４７側からの回り込みよる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止した構成を採用することができる。
　例えば、図２３に示される第８構成例としての画素１０は、図２に示した第１構成例と、図１３に示した第３構成例の両方の特徴的構成を有している。
　すなわち、図２３の画素１０は、フォトダイオードPDの形成領域の下方の第１金属膜M１の層に、第１金属膜M１の他のメタル配線６７の材料よりも反射率の低い材料で形成された反射膜１４１を有する。
　また、図２３の画素１０は、多層配線層４２の画素境界部４４に、反射膜１４１で反射された入射光が、隣の画素１０のフォトダイオードPDへ入射されることを防止する画素間遮光部６５を有する。
　図２３の第８構成例のその他の構成は、例えば、図２に示した第１構成例と同一である。
　以上の構成を有する図２３の画素１０によれば、多層配線層４２の画素境界部４４に配置された画素間遮光部６５により、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する。
　また、多層配線層４２のフォトダイオードPDの形成領域の下方に配置された反射膜１４１により、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。
　さらに、例えば、図２４に示される画素１０は、図２３の画素間遮光部６５と反射膜１４１とに加えて、半導体基板４１の裏面に、モスアイ構造部１１１をさらに追加した構造を有する。モスアイ構造部１１１により、さらに、基板界面における反射を抑制することができる。
　その他、図示は省略するが、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する各種の構成（上述した第１構成例ないし第２構成例）と、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止する各種の構成（上述した第３構成例ないし第７構成例）を適宜組み合わせて、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込み防止と、オンチップレンズ４７側からの回り込みよる入射光の隣接画素への漏れ込み防止を、同時に達成することができる。
＜１６．画素の第９構成例に係る断面図＞
　図２５は、画素１０の第９構成例を示す断面図である。
　図２５において、上述した第１構成例ないし第８構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　上述した第１構成例ないし第８構成例では、受光素子１が１枚の半導体基板、即ち半導体基板４１のみを用いて構成されていたが、図２５の第９構成例では、半導体基板４１と半導体基板３０１の２枚の半導体基板を用いて構成されている。
　図２５の第９構成例に係る画素１０は、１枚の半導体基板４１を用いた図２３の第８構成例を、２枚の半導体基板４１と半導体基板３０１を用いた構成に変更した構成とされている。以下では、理解を容易にするため、半導体基板４１と半導体基板３０１を、それぞれ、第１基板４１と第２基板３０１とも称して説明する。
　図２５の第９構成例において、第１基板４１の光入射面側に、画素間遮光膜４５、平坦化膜４６、および、オンチップレンズ４７が形成されている点は、図２の第１構成例と同様である。第１基板４１の裏面側の画素境界部４４には、画素間分離部６１が形成されている点も、図２の第１構成例と同様である。
　また、第１基板４１に、光電変換部であるフォトダイオードPDが画素単位に形成されている点、第１基板４１のおもて面側に、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２や、電荷蓄積部としての浮遊拡散領域FD１およびFD２が形成されている点も同様である。
　一方、図２の第１構成例と異なる点として、第１基板４１の表面側である配線層３１１の絶縁層３１３が、第２基板３０１の絶縁層３１２と貼り合わされている。
　第１基板４１の配線層３１１には、少なくとも１層の金属膜Mを含み、その金属膜Mを用いて、フォトダイオードPDの形成領域の下方に位置する領域に、反射膜１４１が形成されている。また、配線層３１１の画素境界部４４に、画素間遮光部６５が形成されている。
　第２基板３０１の貼り合わせ面側である絶縁層３１２側と反対側の界面には、画素トランジスタTr１、Tr２が形成されている。画素トランジスタTr１、Tr２は、例えば、増幅トランジスタAMP、選択トランジスタSELである。
　すなわち、１枚の半導体基板４１（第１基板４１）のみを用いて構成される第１構成例ないし第８構成例では、転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELの全ての画素トランジスタが、半導体基板４１に形成されていたが、２枚の半導体基板の積層構造で構成される第９構成例の受光素子１では、転送トランジスタTRG以外の画素トランジスタ、即ち、切替トランジスタFDG、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELは、第２基板３０１に形成されている。
　第２基板３０１の第１基板４１側と反対側には、少なくとも２層の金属膜Mを有する多層配線層３２１が形成されている。多層配線層３２１は、第１金属膜M１１と、第２金属膜M１２、および、層間絶縁膜３３３を含む。
　転送トランジスタTRG１を制御する転送駆動信号TRG１gは、第２基板３０１を貫通するTSV（Through Silicon Via）３３１－１により、第２基板３０１の第１金属膜M１１から、第１基板４１の転送トランジスタTRG１のゲート電極に供給される。転送トランジスタTRG２を制御する転送駆動信号TRG２gは、第２基板３０１を貫通するTSV３３１－２により、第２基板３０１の第１金属膜M１１から、第１基板４１の転送トランジスタTRG２のゲート電極に供給される。
　同様に、浮遊拡散領域FD１に蓄積された電荷は、第２基板３０１を貫通するTSV３３２－１により、第１基板４１側から第２基板３０１の第１金属膜M１１へ伝送される。浮遊拡散領域FD２に蓄積された電荷も、第２基板３０１を貫通するTSV３３２－２により、第１基板４１側から第２基板３０１の第１金属膜M１１へ伝送される。
　配線容量６４は、第１金属膜M１１か、または、第２金属膜M１２の不図示の領域に形成されている。配線容量６４が形成される金属膜Mは、容量形成のため配線密度が高く形成され、転送トランジスタTRGや切替トランジスタFDGなどのゲート電極に接続される金属膜Mは、誘導電流低減のため、配線密度は低く形成される。画素トランジスタごとに、ゲート電極と接続される配線層（金属膜M）が異なるように構成してもよい。
　以上のように、第９構成例に係る画素１０は、第１基板４１と第２基板３０１の２枚の半導体基板を積層して構成することができ、転送トランジスタTRG以外の画素トランジスタが、光電変換部を有する第１基板４１とは異なる第２基板３０１に形成される。また、画素１０の駆動を制御する垂直駆動部２２や画素駆動線２８、検出信号を伝送する垂直信号線２９なども第２基板３０１に形成される。これにより、画素を微細化することができ、BEOL（Back End Of Line）設計の自由度も高まる。
　第９構成例においても、フォトダイオードPDの形成領域の下方に位置する配線層３１１の領域に反射膜１４１が形成され、配線層３１１の画素境界部４４に、画素間遮光部６５が形成されている。これにより、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込み防止と、オンチップレンズ４７側からの回り込みよる入射光の隣接画素への漏れ込み防止を、同時に達成することができる。
　図２５の第９構成例は、図２３の第８構成例を、２枚の半導体基板を積層した積層構造に変更した構成であるが、上述した第１構成例ないし第７構成例についても同様に、２枚の半導体基板を積層した積層構造に変更した構成が可能である。
＜１７．IR撮像センサの構成例＞
　上述した、画素間遮光部６５と反射膜１４１の少なくとも一方を有する画素構造は、間接ToF方式による測距情報を出力する受光素子に限らず、赤外光を受光し、IR画像を生成するIR撮像センサにも適用することができる。
　図２６は、受光素子１が、IR画像を生成して出力するIR撮像センサとして構成される場合の画素１０の回路構成を示している。
　受光素子１がToFセンサである場合、フォトダイオードPDで発生した電荷を、２つの浮遊拡散領域FD１とFD２とに振り分けて蓄積するため、画素１０は、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、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をそれぞれ２個ずつ有していた。
　受光素子１がIR撮像センサである場合には、フォトダイオードPDで発生した電荷を一時保持する電荷蓄積部は、１つでよいため、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、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も、それぞれ１個ずつとされる。
　換言すれば、受光素子１がIR撮像センサである場合には、画素１０は、図２６に示されるように、図４に示した回路構成から、転送トランジスタTRG２、切替トランジスタFDG２、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を省略した構成に等しい。浮遊拡散領域FD２と垂直信号線２９Bも省略される。
　図２７は、受光素子１がIR撮像センサとして構成される場合の画素１０の断面図である。
　図２７は、図２３に示した第８構成例を、IR撮像センサに適用した場合の断面構成である。
　受光素子１がIR撮像センサとして構成される場合と、ToFセンサとして構成される場合との違いは、図２６で説明したように、半導体基板４１のおもて面側に形成される浮遊拡散領域FD２と、画素トランジスタの有無である。そのため、半導体基板４１のおもて面側である多層配線層４２の構成が図２３と異なる。具体的には、図２３と比較すると、図２７の画素１０では、浮遊拡散領域FD２と転送トランジスタTRG２が省略されている。
　一方、図２３と共通する構成として、図２７の画素１０には、フォトダイオードPDの形成領域の下方の多層配線層４２の第１金属膜M１の層には、反射膜１４１が、第１金属膜M１の他のメタル配線６７の材料よりも反射率の低い材料を用いて形成されている。また、多層配線層４２の画素境界部４４に、画素間遮光部６５が形成されている。
　図２７は、図２３に示した第８構成例を、IR撮像センサに適用した場合の断面構成であるが、同様に、上述した第１構成例乃至第７構成例についても、半導体基板４１のおもて面側に形成される浮遊拡散領域FD２と、それに対応する画素トランジスタを省略することで、IR撮像センサに適用することができる。
　受光素子１がIR撮像センサとして構成される場合においても、多層配線層４２の画素境界部４４に画素間遮光部６５を備えることにより、多層配線層４２からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。また、反射膜１４１を備えることにより、オンチップレンズ４７側からの回り込みによる入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。
　したがって、受光素子１がIR撮像センサとして構成される場合においても、半導体基板４１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率、つまり赤外光に対する感度を向上させることができる。
＜１８．RGBIR撮像センサの構成例＞
　上述した、画素間遮光部６５と反射膜１４１の少なくとも一方を有する画素構造は、赤外光のみを受光する受光素子に限らず、赤外光とRGBの光を受光するRGBIR撮像センサにも適用することができる。
　図２８は、受光素子１が、赤外光とRGBの光を受光するRGBIR撮像センサとして構成される場合の画素配置例を示している。
　受光素子１がRGBIR撮像センサとして構成される場合、図２８のAに示されるように、２ｘ２の４画素に、R（赤）の光を受光するR画素、B（青）の光を受光するB画素、G（緑）の光を受光するG画素、および、IR（赤外）の光を受光するIR画素が、割り当てられる。
　半導体基板４１内で光電変換されずに半導体基板４１を透過してしまった赤外光を反射させて半導体基板４１内へと再度入射させる反射膜６３または１４１は、R画素、B画素、G画素、および、IR画素の全てに配置してもよいし、受光量（受光感度）の調整等を目的として、一部の画素のみに配置してもよい。
　例えば、図２８のBに示されるように、R画素、B画素、G画素、および、IR画素のうち、IR画素とR画素には、反射膜６３または１４１を配置し、B画素とG画素には、反射膜６３または１４１を配置しない構成とすることができる。
＜１９．測距モジュールの構成例＞
　図２９は、上述した受光素子１を用いて測距情報を出力する測距モジュールの構成例を示すブロック図である。
　測距モジュール５００は、発光部５１１、発光制御部５１２、および、受光部５１３を備える。
　発光部５１１は、所定波長の光を発する光源を有し、周期的に明るさが変動する照射光を発して物体に照射する。例えば、発光部５１１は、光源として、波長が７８０nm乃至１０００nmの範囲の赤外光を発する発光ダイオードを有し、発光制御部５１２から供給される矩形波の発光制御信号ＣＬＫｐに同期して、照射光を発生する。
　なお、発光制御信号ＣＬＫｐは、周期信号であれば、矩形波に限定されない。例えば、発光制御信号ＣＬＫｐは、サイン波であってもよい。
　発光制御部５１２は、発光制御信号ＣＬＫｐを発光部５１１および受光部５１３に供給し、照射光の照射タイミングを制御する。この発光制御信号ＣＬＫｐの周波数は、例えば、２０メガヘルツ（ＭＨｚ）である。なお、発光制御信号ＣＬＫｐの周波数は、２０メガヘルツに限定されず、５メガヘルツや１００メガヘルツなどであってもよい。
　受光部５１３は、物体から反射した反射光を受光し、受光結果に応じて距離情報を画素ごとに算出し、物体（被写体）までの距離に対応するデプス値を画素値として格納したデプス画像を生成して、出力する。
　受光部５１３には、上述した第１乃至第８構成例のいずれかの画素構造を有する受光素子１が用いられる。例えば、受光部５１３としての受光素子１は、発光制御信号ＣＬＫｐに基づいて、画素アレイ部２１の各画素１０の浮遊拡散領域FD１またはFD２に振り分けられた電荷に応じた検出信号から、距離情報を画素ごとに算出する。
　以上のように、間接ToF方式により被写体までの距離情報を求めて出力する測距モジュール５００の受光部５１３として、上述した第１乃至第８構成例のいずれかの画素構造を有する受光素子１を組み込むことができる。これにより、測距モジュール５００としての測距特性を向上させることができる。
＜２０．電子機器の構成例＞
　なお、受光素子１は、上述したように測距モジュールに適用できる他、例えば、測距機能を備えるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、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。
　図３０は、本技術を適用した電子機器としての、スマートフォンの構成例を示すブロック図である。
　スマートフォン６０１は、図３０に示されるように、測距モジュール６０２、撮像装置６０３、ディスプレイ６０４、スピーカ６０５、マイクロフォン６０６、通信モジュール６０７、センサユニット６０８、タッチパネル６０９、および制御ユニット６１０が、バス６１１を介して接続されて構成される。また、制御ユニット６１０では、CPUがプログラムを実行することによって、アプリケーション処理部６２１およびオペレーションシステム処理部６２２としての機能を備える。
　測距モジュール６０２には、図２９の測距モジュール５００が適用される。例えば、測距モジュール６０２は、スマートフォン６０１の前面に配置され、スマートフォン６０１のユーザを対象とした測距を行うことにより、そのユーザの顔や手、指などの表面形状のデプス値を測距結果として出力することができる。
　撮像装置６０３は、スマートフォン６０１の前面に配置され、スマートフォン６０１のユーザを被写体とした撮像を行うことにより、そのユーザが写された画像を取得する。なお、図示しないが、スマートフォン６０１の背面にも撮像装置６０３が配置された構成としてもよい。
　ディスプレイ６０４は、アプリケーション処理部６２１およびオペレーションシステム処理部６２２による処理を行うための操作画面や、撮像装置６０３が撮像した画像などを表示する。スピーカ６０５およびマイクロフォン６０６は、例えば、スマートフォン６０１により通話を行う際に、相手側の音声の出力、および、ユーザの音声の収音を行う。
　通信モジュール６０７は、インターネット、公衆電話回線網、所謂4G回線や5G回線等の無線移動体用の広域通信網、WAN（Wide Area Network）、LAN（Local Area Network）等の通信網を介したネットワーク通信、Bluetooth（登録商標）、NFC（Near Field Communication）等の近距離無線通信などを行う。センサユニット６０８は、速度や加速度、近接などをセンシングし、タッチパネル６０９は、ディスプレイ６０４に表示されている操作画面に対するユーザによるタッチ操作を取得する。
　アプリケーション処理部６２１は、スマートフォン６０１によって様々なサービスを提供するための処理を行う。例えば、アプリケーション処理部６２１は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの表情をバーチャルに再現したコンピュータグラフィックスによる顔を作成し、ディスプレイ６０４に表示する処理を行うことができる。また、アプリケーション処理部６２１は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、例えば、任意の立体的な物体の三次元形状データを作成する処理を行うことができる。
　オペレーションシステム処理部６２２は、スマートフォン６０１の基本的な機能および動作を実現するための処理を行う。例えば、オペレーションシステム処理部６２２は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの顔を認証し、スマートフォン６０１のロックを解除する処理を行うことができる。また、オペレーションシステム処理部６２２は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、例えば、ユーザのジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種の操作を入力する処理を行うことができる。
　このように構成されているスマートフォン６０１では、測距モジュール６０２として、上述した測距モジュール５００を適用することで、例えば、所定の物体までの距離を測定して表示したり、所定の物体の三次元形状データを作成して表示する処理などを行うことができる。
＜２１．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３１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３１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。
　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１２０２０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で検知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３１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３２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図３２では、車両１２１００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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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。
　なお、図３２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１または測距モジュール５００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。
　本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　また、上述した受光素子１おいては、信号キャリアとして電子を用いる例について説明したが、光電変換で発生した正孔を信号キャリアとして用いるようにしてもよい。
　例えば、上述した受光素子１の画素１０においては、各構成例の全てまたは一部を任意に組み合わせた構成を採用することができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
　なお、本技術は、以下の構成を取ることができる。
（１）
　オンチップレンズと、
　配線層と、
　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
　を備え、
　前記配線層は、
　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
　を有し、
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
　受光素子。
（２）
　前記反射膜は、赤外光における反射率が前記メタル配線よりも低い材料で形成されている
　前記（１）に記載の受光素子。
（３）
　前記反射膜は、前記メタル配線と同じ層に形成されている
　前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
　前記反射膜は、前記メタル配線と異なる層に形成されている
　前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（５）
　前記反射膜は、前記メタル配線よりも前記半導体層側に形成されている
　前記（４）に記載の受光素子。
（６）
　前記メタル配線は、銅で形成されている
　前記（４）または（５）に記載の受光素子。
（７）
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと同じ材料で形成されている
　前記（４）または（５）に記載の受光素子。
（８）
　前記反射膜は、サリサイド膜で形成されている
　前記（４）または（５）に記載の受光素子。
（９）
　前記半導体層と前記配線層との界面に、モスアイ構造が形成されている
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１０）
　前記反射膜の前記半導体層側の面形状が、モスアイ構造となっている
　前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の受光素子。
（１１）
　前記半導体層の前記オンチップレンズが形成された裏面側に、モスアイ構造が形成されている
　前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の受光素子。
（１２）
　前記半導体層の前記オンチップレンズが形成された裏面側に、第１のモスアイ構造が形成され、
　前記半導体層と前記配線層との界面に、第２のモスアイ構造が形成されている
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１３）
　前記第１のモスアイ構造と前記第２のモスアイ構造の周期または形状が同一である
　前記（１２）に記載の受光素子。
（１４）
　前記第１のモスアイ構造と前記第２のモスアイ構造の周期または形状が異なる
　前記（１２）に記載の受光素子。
（１５）
　前記反射膜の前記半導体層側の面に、ダミーコンタクトを有する
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１６）
　前記ダミーコンタクトは、前記転送トランジスタのゲートに接続されるゲートコンタクトと異なる形状である
　前記（１５）に記載の受光素子。
（１７）
　前記半導体層には、第１の転送トランジスタと第２の転送トランジスタの２つの前記転送トランジスタが形成され、
　　前記第１の転送トランジスタは、前記フォトダイオードで生成された電荷を第１の電荷蓄積部に転送し、
　　前記第２の転送トランジスタは、前記フォトダイオードで生成された電荷を第２の電荷蓄積部に転送する
　前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の受光素子。
（１８）
　前記配線層の画素境界部に、赤外光を遮光する画素間遮光部をさらに備える
　前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の受光素子。
（１９）
　所定の発光源と、
　受光素子と
　を備え、
　前記受光素子は、
　　オンチップレンズと、
　　配線層と、
　　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
　を備え、
　前記配線層は、
　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
　を有し、
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
　測距モジュール。
（２０）
　所定の発光源と、
　受光素子と
　を備え、
　前記受光素子は、
　　オンチップレンズと、
　　配線層と、
　　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
　を備え、
　前記配線層は、
　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
　を有し、
　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
　測距モジュール
　を備える電子機器。
　１　受光素子，　１０　画素，　２１　画素アレイ部，　M１　第１金属膜，　M２　第２金属膜，　M３　第３金属膜，　PD　フォトダイオード，　４１　半導体基板，　４２　多層配線層，　４４　境界部（画素境界部），　４５　画素間遮光膜，　４７　オンチップレンズ，　６１　画素間分離部，　６２　層間絶縁膜，　６３　反射膜，　６５　画素間遮光部，　６６　ゲートコンタクト，　６７　メタル配線，　７１　画素間分離部，　１１１　モスアイ構造部，　１４１（１４１P，１４１M）　反射膜，　１６１　モスアイ構造部，　１８１　ダミーコンタクト，　５００　測距モジュール，　５１１　発光部，　５１３　受光部，　６０１　スマートフォン

Claims (20)

  1. 　オンチップレンズと、
    　配線層と、
    　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
    　を備え、
    　前記配線層は、
    　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
    　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
    　を有し、
    　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
    　受光素子。
  2. 　前記反射膜は、赤外光における反射率が前記メタル配線よりも低い材料で形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記反射膜は、前記メタル配線と同じ層に形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  4. 　前記反射膜は、前記メタル配線と異なる層に形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  5. 　前記反射膜は、前記メタル配線よりも前記半導体層側に形成されている
    　請求項４に記載の受光素子。
  6. 　前記メタル配線は、銅で形成されている
    　請求項４に記載の受光素子。
  7. 　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと同じ材料で形成されている
    　請求項４に記載の受光素子。
  8. 　前記反射膜は、サリサイド膜で形成されている
    　請求項４に記載の受光素子。
  9. 　前記半導体層と前記配線層との界面に、モスアイ構造が形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  10. 　前記反射膜の前記半導体層側の面形状が、モスアイ構造となっている
    　請求項１に記載の受光素子。
  11. 　前記半導体層の前記オンチップレンズが形成された裏面側に、モスアイ構造が形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  12. 　前記半導体層の前記オンチップレンズが形成された裏面側に、第１のモスアイ構造が形成され、
    　前記半導体層と前記配線層との界面に、第２のモスアイ構造が形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  13. 　前記第１のモスアイ構造と前記第２のモスアイ構造の周期または形状が同一である
    　請求項１２に記載の受光素子。
  14. 　前記第１のモスアイ構造と前記第２のモスアイ構造の周期または形状が異なる
    　請求項１２に記載の受光素子。
  15. 　前記反射膜の前記半導体層側の面に、ダミーコンタクトを有する
    　請求項１に記載の受光素子。
  16. 　前記ダミーコンタクトは、前記転送トランジスタのゲートに接続されるゲートコンタクトと異なる形状である
    　請求項１５に記載の受光素子。
  17. 　前記半導体層には、第１の転送トランジスタと第２の転送トランジスタの２つの前記転送トランジスタが形成され、
    　　前記第１の転送トランジスタは、前記フォトダイオードで生成された電荷を第１の電荷蓄積部に転送し、
    　　前記第２の転送トランジスタは、前記フォトダイオードで生成された電荷を第２の電荷蓄積部に転送する
    　請求項１に記載の受光素子。
  18. 　前記配線層の画素境界部に、赤外光を遮光する画素間遮光部をさらに備える
    　請求項１に記載の受光素子。
  19. 　所定の発光源と、
    　受光素子と
    　を備え、
    　前記受光素子は、
    　　オンチップレンズと、
    　　配線層と、
    　　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
    　を備え、
    　前記配線層は、
    　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
    　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
    　を有し、
    　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
    　測距モジュール。
  20. 　所定の発光源と、
    　受光素子と
    　を備え、
    　前記受光素子は、
    　　オンチップレンズと、
    　　配線層と、
    　　前記オンチップレンズと前記配線層との間に配され、フォトダイオードを有する半導体層と
    　を備え、
    　前記配線層は、
    　　平面視において前記フォトダイオードと少なくとも一部が重なるように配置された反射膜と、
    　　前記フォトダイオードで生成され電荷を読み出す転送トランジスタと
    　を有し、
    　前記反射膜は、前記転送トランジスタのゲートと電気的に接続されているメタル配線と異なる材料で形成されている
    　測距モジュール
    　を備える電子機器。
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US17/770,257 US12610644B2 (en) 2019-10-30 2020-10-16 Light receiving element, distance measurement module, and electronic equipment including a reflection film
CN202080063325.8A CN114365287A (zh) 2019-10-30 2020-10-16 受光元件、测距模块和电子设备
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KR1020227011087A KR102810494B1 (ko) 2019-10-30 2020-10-16 수광 소자, 거리 측정 모듈, 및, 전자 기기

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023095893A1 (ja) * 2021-11-26 2023-06-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2023233873A1 (ja) * 2022-06-02 2023-12-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2024202511A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2025158778A1 (ja) * 2024-01-24 2025-07-31 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021068816A (ja) * 2019-10-24 2021-04-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
US20240120363A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Pixel sensor isolation structures and methods of forming the same

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07288335A (ja) * 1994-04-19 1995-10-31 Tdk Corp 薄膜フォトトランジスタ
JP2006261372A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
JP2008147333A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Sony Corp 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
JP2009047661A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Hamamatsu Photonics Kk 測距装置
JP2009047658A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Hamamatsu Photonics Kk 測距センサ及び測距装置
JP2013030510A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Sharp Corp 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子情報機器
JP2014086514A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Canon Inc 撮像装置、その製造方法及びカメラ
JP2015056408A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 関根　弘一 固体撮像装置
JP2016001633A (ja) * 2014-06-11 2016-01-07 ソニー株式会社 固体撮像素子、および電子装置
JP2016082133A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 ソニー株式会社 固体撮像素子及び電子機器
WO2018079296A1 (ja) * 2016-10-27 2018-05-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び電子機器
WO2018174090A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置及び信号処理装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008035395A (ja) 2006-07-31 2008-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
US7656000B2 (en) * 2007-05-24 2010-02-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photodetector for backside-illuminated sensor
KR101776955B1 (ko) * 2009-02-10 2017-09-08 소니 주식회사 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
JP4798232B2 (ja) * 2009-02-10 2011-10-19 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP5438374B2 (ja) * 2009-05-12 2014-03-12 キヤノン株式会社 固体撮像装置
GB2474631A (en) 2009-10-14 2011-04-27 Optrima Nv Photonic Mixer
JP2011204797A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
US9659991B2 (en) 2012-10-22 2017-05-23 Canon Kabushiki Kaisha Image capturing apparatus, manufacturing method thereof, and camera
JP6161258B2 (ja) * 2012-11-12 2017-07-12 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ
CN105428379B (zh) 2015-12-09 2019-11-05 格科微电子（上海）有限公司 提高背照式红外图像传感器性能的方法
JP6791243B2 (ja) 2016-03-31 2020-11-25 株式会社ニコン 撮像素子、及び、撮像装置
WO2018034092A1 (ja) 2016-08-18 2018-02-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器
EP3410486B1 (en) 2017-06-02 2022-08-24 ams AG Resonant cavity enhanced image sensor
DE102018108794B3 (de) * 2018-04-13 2019-05-02 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitpixel und Lichtlaufzeitsensor mit entsprechenden Pixel

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07288335A (ja) * 1994-04-19 1995-10-31 Tdk Corp 薄膜フォトトランジスタ
JP2006261372A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
JP2008147333A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Sony Corp 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
JP2009047661A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Hamamatsu Photonics Kk 測距装置
JP2009047658A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Hamamatsu Photonics Kk 測距センサ及び測距装置
JP2013030510A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Sharp Corp 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子情報機器
JP2014086514A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Canon Inc 撮像装置、その製造方法及びカメラ
JP2015056408A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 関根　弘一 固体撮像装置
JP2016001633A (ja) * 2014-06-11 2016-01-07 ソニー株式会社 固体撮像素子、および電子装置
JP2016082133A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 ソニー株式会社 固体撮像素子及び電子機器
WO2018079296A1 (ja) * 2016-10-27 2018-05-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び電子機器
WO2018174090A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置及び信号処理装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4053520A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023095893A1 (ja) * 2021-11-26 2023-06-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2023233873A1 (ja) * 2022-06-02 2023-12-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2024202511A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2025158778A1 (ja) * 2024-01-24 2025-07-31 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器

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