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WO2021090569A1 - 受光装置および測距装置 - Google Patents

受光装置および測距装置 Download PDF

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WO2021090569A1
WO2021090569A1 PCT/JP2020/034038 JP2020034038W WO2021090569A1 WO 2021090569 A1 WO2021090569 A1 WO 2021090569A1 JP 2020034038 W JP2020034038 W JP 2020034038W WO 2021090569 A1 WO2021090569 A1 WO 2021090569A1
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WO
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circuit board
apd
light receiving
receiving device
protective element
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PCT/JP2020/034038
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English (en)
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宏司 閨
松本　晃
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Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority to US17/755,336 priority Critical patent/US12349494B2/en
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Definitions

  • the present disclosure relates to a light receiving device and a distance measuring device.
  • a distance measuring method for measuring the distance to the object to be measured using light
  • a distance measuring method called a direct ToF (Time of Flight) method is known.
  • the distance measurement process by the direct ToF method the time from the emission timing indicating the emission of light by the light source to the reception timing at which the reflected light reflected by the object to be measured is received by the light receiving element is measured and measured. The distance to the object to be measured is calculated based on the time.
  • the light receiving device provided with the above-mentioned light receiving element, there is a three-dimensional mounting technology for laminating a plurality of semiconductor substrates.
  • a first circuit board on which a pixel region is formed and a second circuit board on which a logic circuit and a protective element for protecting the light receiving element are formed are laminated. (See, for example, Patent Document 1).
  • the area of the second circuit board may become large and the area of the entire chip may not be reduced.
  • the light receiving device of one form according to the present disclosure includes a first circuit board and a second circuit board.
  • An APD (Avalanche Photodiode) and a protective element that protects the APD are arranged on the first circuit board.
  • the second circuit board is laminated on the first circuit board, and a signal processing circuit for processing a signal output from the APD is arranged.
  • a plurality of components having substantially the same functional configuration may be distinguished by adding different numbers after the same reference numerals. However, if it is not necessary to distinguish each of the plurality of components having substantially the same functional configuration, only the same reference numerals are given.
  • FIG. 1 is a diagram showing a distance measuring method of the distance measuring device according to the embodiment.
  • a distance measuring method called a direct ToF method will be described as one of the distance measuring methods for measuring the distance to an object to be measured using light.
  • the direct ToF method the light emitted from the light source receives the reflected light reflected by the object to be measured by the light receiving element, and the distance to the target is determined based on the time from the emission of the light to the reception as the reflected light. It is to measure.
  • the light emitted from the light source device 2 L1 receives the reflected light L2 reflected by the object X to be measured by the light receiving device 3, and the time is the difference between the light emission timing and the light receiving timing. This is a method of measuring the distance based on the distance.
  • the distance measuring device 1 includes a light source device 2 and a light receiving device 3.
  • the light source device 2 has, for example, a light source that is a laser diode, and is driven so as to emit laser light in a pulsed manner.
  • the emitted light L1 from the light source device 2 is reflected by the object X to be measured and is received by the light receiving device 3 as the reflected light L2.
  • the light receiving device 3 includes a light receiving element (APD101 described later) that converts light into an electric signal by photoelectric conversion, and outputs a signal corresponding to the received light.
  • time t0 the time when the light source device 2 emits light
  • time t1 the time when the light receiving device 3 receives the reflected light L2 reflected by the object X to be emitted from the light source device 2
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit board included in the light receiving device 3 according to the embodiment.
  • FIG. 2 shows a top view of the first circuit board 10 and the second circuit board 20 which are laminated with each other.
  • the light receiving device 3 includes a first circuit board 10 and a second circuit board 20.
  • the first circuit board 10 is laminated on the upper layer or the lower layer of the second circuit board 20.
  • the first circuit board 10 has a pixel area 100 arranged in the center in a top view, a peripheral area 110 arranged outside so as to surround the pixel area 100, and an outer side so as to surround the peripheral area 110.
  • APD (Avalanche Photodiode) 101s are arranged in an array in the pixel area 100. Specifically, the APD 101 are arranged two-dimensionally along the long side direction and the short side direction of the first circuit board 10.
  • SPAD Single Photon Avalanche Diode
  • SPAD Single Photon Avalanche Diode
  • SPAD has a characteristic that when a large negative voltage that causes avalanche multiplication is applied to the anode, electrons generated in response to the incident of one photon cause avalanche multiplication and a large current flows.
  • a protective element 130 which will be described later, is arranged in the peripheral region 110.
  • the protection element 130 is an ESD (Electro-Static Discharge) protection element that protects the APD 101, and is arranged in an area corresponding to the area of the APD 101 (the number of APD 101).
  • ESD Electro-Static Discharge
  • two protective elements 130 are divided and arranged in the peripheral region 110. That is, the total area of the two protective elements 130 is the area of the protective element 130 according to the area of the APD 101.
  • the number of divisions of the protection element 130 is not limited to two, and may be three or more, or one protection element 130 may be used without division.
  • An electrode pad 121 which will be described later, is located in the pad area 120. Although the case where the electrode pad 121 is provided on the second circuit board 20 is shown, the electrode pad 121 may be provided on the first circuit board 10.
  • the second circuit board 20 has a pixel circuit area 200 arranged in the center in a top view, a peripheral circuit area 210 arranged outside so as to surround the pixel circuit area 200, and an outside so as to surround the peripheral circuit area 210.
  • a pad area 220 arranged in.
  • the position of the pixel circuit area 200 corresponds to the position of the pixel area 100
  • the position of the peripheral circuit area 210 corresponds to the position of the peripheral area 110
  • the position of the pad area 220 corresponds to the position of the pad area 120.
  • a circuit for processing the signal output from the APD 101, a circuit for supplying electric power to the APD 101, and the like are formed. Specifically, transistors Tr1 and Tr2 (see FIG. 5), inverter INV (see FIG. 5), and the like, which will be described later, are arranged in the pixel circuit area 200.
  • a read circuit 211 is, for example, a TDC (Time to Digital converter) circuit.
  • the protective element that protects the APD has been arranged in the peripheral circuit area of the second circuit board. For this reason, conventionally, it has been difficult to narrow the peripheral circuit area because a circuit of a protective element is required in addition to the area for the above configuration. Further, when the peripheral circuit area is increased, the peripheral circuit of the first circuit board must be increased inevitably, which leads to an increase in the size of the chip. Further, conventionally, since the protection element and the peripheral circuit are arranged on the same substrate, there is a possibility that the characteristics of the APD may be deteriorated or the peripheral circuit may be adversely affected by the latch-up noise or the substrate noise.
  • the protection element 130 is provided on the first circuit board 10. Specifically, the APD 101 and the protective element 130 are arranged on the first circuit board 10. Further, a signal processing circuit for processing the signal output from the APD 101 is arranged on the second circuit board 20.
  • the light receiving device 3 it is not necessary to secure a dedicated area for the protective element 130, so that the area of the chip can be reduced. Further, since the step of forming the protective element 130 in the second circuit board 20 can be omitted, the cost can be reduced by reducing the number of steps of the second circuit board 20.
  • the various circuits arranged on the second circuit board 20 and the protective element 130 are not arranged on the same substrate, the influence of substrate noise, latch-up noise, etc. can be suppressed, so that the characteristics of the APD 101 deteriorate and the periphery The adverse effect on the circuit can be suppressed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the light receiving device 3.
  • FIG. 3 shows a cross section when the light receiving device 3 is cut along the line AA shown in FIG.
  • the APD 101 is formed in the pixel region 100 of the first circuit board 10.
  • an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region are formed at the bottom of the well layer, and a metal film serving as a light-shielding portion, a separation region for separating adjacent APD 101s, and the like are formed on the side of the well layer. It is formed.
  • the peripheral region 110 of the first circuit board 10 includes an n-type semiconductor region 1101 and a p-type semiconductor region 1102.
  • a protective element 130 is formed in the p-type semiconductor region 1102.
  • the protective element 130 is formed at a position surrounded by an insulating portion 1104 (for example, a trench) formed in the p-type semiconductor region 1102.
  • trenches 1103 are formed in the n-type semiconductor region 1101.
  • the trench 1103 is provided to separate the pixel area 100 and the peripheral area 110. It is sufficient that at least one trench 1103 is formed.
  • the pad region 120 is formed with a pad opening 1201 which is a vertical hole extending from the upper end of the first circuit board 10 to the inside of the wiring layer 1000 and is a hole for wiring to the electrode pad 2201.
  • the pad opening 1201 is an opening that reaches the electrode pad 2201 for wiring provided in the pad region 220 of the second circuit board 20.
  • the pad opening 1201 is formed after the first circuit board 10 and the second circuit board 20 are bonded together.
  • the electrode pad 2201 is used, for example, when it is connected to the wiring in the wiring layer 1000 or when it is connected to another external device.
  • the wiring layer 1000 in the first circuit board 10 and the wiring layer 2000 in the second circuit board 20 are formed to include a plurality of wirings, and the plurality of wirings and the electrode pads 2201 are, for example, copper (Cu) or aluminum (C) or aluminum ( It is made of metal such as Al).
  • the first circuit board 10 and the second circuit board 20 are laminated by laminating the wiring layers 1000 and 2000, respectively.
  • the APD 101 in the pixel region 100 and various circuits in the pixel circuit region 200 are electrically connected, and the protective element 130 in the peripheral region 110 and the electrode pad 2201 in the pad region 220 are electrically connected.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a cross-sectional structure of the protective element 130.
  • the protection element 130 is an element having a PN junction, and is, for example, a bipolar transistor type ESD protection element. Specifically, as shown in FIG. 4, in the p-type semiconductor region 1102, the protection element 130 has an n-well layer 1301 (n-type semiconductor region) and a p-well layer 1302 (p-type semiconductor) on the surface on the wiring layer 1000 side. Region), n-well layer 1303 (n-type semiconductor region). Further, the n-well layer 1301, the p-well layer 1302, and the n-well layer 1303 are separated from each other by the separation region 1304.
  • the protective element 130 has a deep n-well layer 1305 (high-concentration n-type semiconductor region) in a region deeper than the n-well layer 1301, the p-well layer 1302, and the n-well layer 1303.
  • the n-well layer 1301 is formed with a high-concentration p-type semiconductor region 1306 that serves as a connection point with a positive voltage source Vov.
  • the p-well layer 1302 is formed with a high-concentration p-type semiconductor region 1307 that serves as a connection point with a negative voltage source Vbr.
  • a high-concentration n-type semiconductor region 1308 serving as a connection point with a positive voltage voltage source Vov is formed.
  • a high-concentration p-type semiconductor region 1309 serving as a connection point with the reference voltage Vss0 (for example, 0V) is formed.
  • the protection element 130 shown in FIG. 4 is a PNP-junction triple-well structure bipolar transistor using the p-type semiconductor region 1102 as a substrate.
  • the protective element 130 may use the n-type semiconductor region as a substrate or may have an NPN-bonded triple-well structure, which will be described later.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams showing a circuit configuration of the light receiving device 3.
  • FIG. 5 shows the circuit configuration of the protection element 130 of the PNP junction
  • FIG. 6 shows the circuit configuration of the protection element 130 of the NPN junction.
  • the APD 101 and the protection element 130 are arranged on the first circuit board 10, and the transistors Tr1, Tr2 and the inverter INV are arranged on the second circuit board 20. Further, the APD 101 and the protective element 130 are electrically connected to the second circuit board 20 by a Cu—Cu connection.
  • the cathode of the APD 101 is connected to the drain of Tr1, and the anode is connected to the voltage source Vbr of a negative voltage corresponding to the yield voltage of the APD 101.
  • the source of the transistor Tr1 is connected to the voltage source Vov of a positive voltage.
  • a predetermined reference voltage (for example, voltage Vss0 or the like) is connected to the gate of the transistor Tr1.
  • the transistor Tr1 is a current source that outputs a current corresponding to the voltage source Vov and the reference voltage from the drain. With such a configuration, a reverse bias is applied to the APD 101.
  • the avalanche multiplication is started and a current flows from the cathode toward the anode, and the APD 101 is accompanied by the current. A voltage drop occurs. Due to this voltage drop, the avalanche doubling is stopped when the anode-cathode voltage of the APD 101 drops to the potential of the voltage source Vbr. After that, the APD101 is charged by the current from the transistor Tr1 which is a current source, and the state of the APD101 returns to the state before the photon incident (recharge operation).
  • the voltage taken out from the connection point between the drain of the transistor Tr1 and the cathode of the APD101 is input to the inverter INV.
  • the inverter INV performs threshold value determination based on, for example, voltage VDD and voltage Vss1 with respect to the input voltage (input voltage), and inverts the output signal Voiv each time the input voltage exceeds the threshold voltage in the positive or negative direction.
  • the inverter INV inverts the output signal Voiv at the first timing when the input voltage crosses the threshold voltage in the voltage drop due to the avalanche multiplication according to the incident of the photon on the APD101.
  • the APD101 is charged by the recharge operation, and the input voltage rises.
  • the inverter INV inverts the output signal Voiv again at the second timing when the rising input voltage crosses the threshold voltage.
  • the width between the first timing and the second timing in the time direction becomes an output pulse corresponding to the incident of a photon on the APD 101.
  • the protection element 130 is connected in parallel to the APD 101 on the voltage sources Vov and Vbr sides. Specifically, one end of the protection element 130 is connected to a positive voltage voltage source Vov, and the other end is connected to a negative voltage voltage source Vbr.
  • the emitter is connected to the voltage source Vov and the collector is connected to the voltage source Vbr. Also, the base and emitter are connected via a resistor.
  • the collector is connected to the voltage source Vov and the emitter is connected to the voltage source Vbr. Also, the base and emitter are connected via a resistor.
  • FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the protection element 130. As shown in FIG. 7, the area of each protective element 130 is increased according to the area of the APD 101. FIG. 7 shows a case where the areas of the two protective elements 130 are increased while being equal to each other, but only one of the two protective elements 130 may be increased.
  • FIG. 8 is a diagram showing a modified example of the protection element 130.
  • the area of the protective element 130 may be increased by increasing the number of the protective elements 130 according to the area of the area of the APD 101.
  • the plurality of protective elements 130 are adjacent to each other in FIG. 8, the protective elements 130 may be separated from each other. Further, the area of each protective element 130 may be the same or different.
  • the protection element 130 is arranged only on the first circuit board 10, but may be divided and arranged on each of the first circuit board 10 and the second circuit board 20. .. This point will be described with reference to FIGS. 9 to 11.
  • FIGS. 9 to 11 are diagrams showing a modified example of the protective element 130.
  • FIG. 11 shows a cross section cut along the line BB in FIGS. 9 and 10. As shown in FIGS. 9 to 11, a part of the protection element 130 may be arranged on the second circuit board 20.
  • the first protective element 130-1 provided on the first circuit board 10 is arranged in the peripheral region 110 of the first circuit board 10.
  • the second protective element 130-2 provided on the second circuit board 20 is provided between the peripheral circuit area 210 and the pad area 220 of the second circuit board 20.
  • a predetermined region is required between the peripheral circuit region 210 and the pad region 220 of the second circuit board 20, but since the second protective element 130-2 is a part of the entire protective element, The area for the second protection element 130-2 can be made smaller than in the conventional case.
  • the second protective element 130-2 shows a case where the cross-sectional structure is different from that of the first protective element 130-1, but the cross-sectional structures may be the same as each other.
  • the PNP junction protection element 130 using the p-type semiconductor region as a substrate is shown, but it may be an NPN junction.
  • the protective element 130 may have an n-type semiconductor region as the substrate. This point will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 12 and 13 are diagrams showing a modified example of the protective element 130.
  • FIG. 12 shows a case of a PNP junction using an n-type semiconductor region as a substrate
  • FIG. 13 shows a case of an NPN junction using an n-type semiconductor region as a substrate.
  • the protective element 130 has a p-well layer 1301b and an n-well layer 1302b on the surface of the n-type semiconductor region 1102b on the wiring layer 1000 side. It has a p-well layer 1303b. Further, the p-well layer 1301b, the n-well layer 1302b, and the p-well layer 1303b are separated from each other by the separation region 1304b.
  • the protective element 130 has a deep p-well layer 1305b in a region deeper than the p-well layer 1301b, the n-well layer 1302b, and the p-well layer 1303b.
  • the p-well layer 1301b is formed with a high-concentration p-type semiconductor region 1306b that serves as a connection point with the negative voltage source Vbr.
  • a high-concentration p-type semiconductor region 1307b-1, a high-concentration n-type semiconductor region 1307b-2, and a high-concentration p-type semiconductor region serving as connection points with a positive voltage source Vov 1307b-3 is formed.
  • the p-well layer 1303b is formed with a high-concentration p-type semiconductor region 1308b that serves as a connection point with a negative voltage source Vbr.
  • a high-concentration n-type semiconductor region 1309b serving as a connection point with the reference voltage Vss0 (for example, 0V) is formed.
  • the protective element 130 has an n-well layer 1301c and a p-well layer on the surface on the wiring layer 1000 side in the n-type semiconductor region 1102c. It has 1302c and an n-well layer 1303c. Further, the n-well layer 1301c, the p-well layer 1302c, and the n-well layer 1303c are separated from each other by the separation region 1304c.
  • the protective element 130 has a deep p-well layer 1305c in a region deeper than the n-well layer 1301c, the p-well layer 1302c, and the n-well layer 1303c.
  • a high-concentration n-type semiconductor region 1306c serving as a connection point with a positive voltage voltage source Vov is formed.
  • a high-concentration n-type semiconductor region 1307c-1, a high-concentration p-type semiconductor region 1307c-2, and a high-concentration n-type semiconductor region serving as connection points with a negative voltage source Vbr are provided.
  • 1307c-3 is formed.
  • a high-concentration n-type semiconductor region 1308c serving as a connection point with a positive voltage voltage source Vov is formed.
  • a high-concentration n-type semiconductor region 1309c serving as a connection point with the reference voltage Vss0 (for example, 0V) is formed.
  • the distance measuring device 1 and the light receiving device 3 described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray, as described below.
  • -A device that captures images used for viewing, such as digital cameras and mobile devices with camera functions.
  • in-vehicle sensors that photograph the front, rear, surroundings, inside of the vehicle, etc., surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, inter-vehicle distance, etc.
  • a device used for traffic such as a distance measuring sensor that measures the distance.
  • -A device used for home appliances such as TVs, refrigerators, and air conditioners in order to take a picture of a user's gesture and operate the device according to the gesture.
  • -Devices used for medical treatment and healthcare such as endoscopes and devices that perform angiography by receiving infrared light.
  • -Devices used for security such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for personal authentication.
  • -Devices used for beauty such as a skin measuring device that photographs the skin and a microscope that photographs the scalp.
  • -Devices used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications.
  • -Agricultural equipment such as cameras for monitoring the condition of fields and crops.
  • FIG. 14 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 vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • 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 braking force of the 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 vehicle exterior information detection unit 12030 performs image processing on the received image, for example, and performs object detection processing and distance detection processing based on the result of the image processing.
  • the imaging unit 12031 (light receiving device) 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. 15 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104 and 12105 as imaging units 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104 and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back door 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. 15 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 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 cooperative 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 images of the imaging units 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition includes, for example, a procedure for extracting feature points in captured images of imaging units 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, for example, the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the distance measuring device 1 and the light receiving device 3 to which the above-described embodiments and modifications can be applied can be applied to the imaging unit 12031.
  • the light receiving device 3 includes a first circuit board 10 and a second circuit board 20.
  • the APD 101 and the protective element 130 that protects the APD 101 are arranged.
  • the second circuit board 20 is laminated on the first circuit board 10, and a signal processing circuit for processing the signal output from the APD 101 is arranged.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • a first circuit board on which an APD (Avalanche Photodiode) and a protective element that protects the APD are arranged,
  • a light receiving device comprising a second circuit board which is laminated on the first circuit board and in which a signal processing circuit for processing a signal output from the APD is arranged.
  • the protective element is The light receiving device according to (1), wherein the light receiving device is arranged on the first circuit board in an area corresponding to the area of the APD.
  • the protective element is The light receiving device according to (1) or (2) above, which is a bipolar transistor type.
  • the APD and the protective element The light receiving device according to any one of (1) to (3) above, which is electrically connected to the second circuit board by Cu—Cu connection.
  • the APD is The cathode is connected to the drain of the transistor whose source is connected to the positive voltage source, the anode is connected to the negative voltage source,
  • the protective element is (1) to (4), wherein one end is connected to the positive voltage source and the other end is connected to the negative voltage source so that the APD is connected in parallel.
  • (6) The light receiving device according to any one of (1) to (5) above, wherein the protective element has a triple-well structure of PNP junction or NPN junction.

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Abstract

受光装置（３）は、第１回路基板（１０）と、第２回路基板（２０）とを備える。第１回路基板（１０）は、ＡＰＤ（Avalanche　Photodiode）（１０１）とＡＰＤ（１０１）を保護する保護素子（１３０）とが配置される。第２回路基板（２０）は、第１回路基板（１０）に積層され、ＡＰＤ（１０１）から出力された信号を処理する信号処理回路が配置される。

Description

受光装置および測距装置
　本開示は、受光装置および測距装置に関する。
　光を用いて被測定物までの距離を測定する測距方式の一つとして、直接ＴｏＦ(Time　of　Flight)方式と呼ばれる測距手法が知られている。直接ＴｏＦ方式による測距処理では、光源による光の射出を示す射出タイミングから、当該光が被測定物により反射された反射光が受光素子に受光される受光タイミングまでの時間を測定し、測定された時間に基づき、被測定物までの距離を求める。
　また、上述の受光素子を備えた受光装置において、複数の半導体基板を積層する３次元実装技術がある。例えば受光装置においては、画素領域が形成された第１の回路基板と、ロジック回路および受光素子を保護する保護素子とが形成された第２の回路基板とが積層される構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１０－２４５５０６号公報
　しかしながら、従来技術では、受光素子を配置するための専用の領域が必要となるため、第２の回路基板の面積が大きくなりチップ全体の面積を縮小できない場合があった。
　そこで、本開示では、チップ全体の面積を縮小することができる受光装置および測距装置を提案する。
　上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の受光装置は、第１回路基板と、第２回路基板とを備える。前記第１回路基板は、ＡＰＤ（Avalanche　Photodiode）と前記ＡＰＤを保護する保護素子とが配置される。前記第２回路基板は、前記第１回路基板に積層され、前記ＡＰＤから出力された信号を処理する信号処理回路が配置される。
実施形態に係る測距装置の測距方式を示す図である。 実施形態に係る受光装置が備える回路基板を示す図である。 受光装置の断面図である。 保護素子の断面構造を示す模式図である。 受光装置の回路構成を示す図である。 受光装置の回路構成を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 保護素子の変形例を示す図である。 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。 撮像部の設置位置の例を示す図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
＜＜実施形態＞＞
　まず、図１を用いて、実施形態に係る測距装置について説明する。
　図１は、実施形態に係る測距装置の測距方式を示す図である。図１では、光を用いて被測定物までの距離を測定する測距方式の一つとして、直接ＴｏＦ方式と呼ばれる測距手法について説明する。直接ＴｏＦ方式では、光源から射出された光が被測定物により反射された反射光を受光素子により受光し、光が射出されてから反射光として受光されるまでの時間に基づき対象までの距離を計測するものである。
　具体的には、直接ＴｏＦ方式は、光源装置２からの射出光Ｌ１が被測定物Ｘにより反射した反射光Ｌ２を受光装置３により受光し、光の射出タイミングと受光タイミングとの差分の時間に基づき測距を行う方式である。
　測距装置１は、光源装置２と、受光装置３とを備える。光源装置２は、たとえばレーザダイオードである光源を有し、レーザ光をパルス状に発光するように駆動される。　
　光源装置２からの射出光Ｌ１は、被測定物Ｘにより反射され、反射光Ｌ２として受光装置３によって受光される。受光装置３は、光電変換によって光を電気信号に変換する受光素子（後述するＡＰＤ１０１）を含み、受光した光に応じた信号を出力する。
　ここで、光源装置２が発光した時刻（発光タイミング）を時間ｔ0、光源装置２からの射出光Ｌ１が被測定物Ｘにより反射された反射光Ｌ２を受光装置３が受光した時刻（受光タイミング）を時間ｔ1とする。
　定数ｃを光速度（２．９９７９×１０8［ｍ／ｓｅｃ］）とすると、測距装置１と被測定物Ｘとの間の距離Ｄは、次式（１）により計算される。
Ｄ＝(ｃ／２)×(ｔ1－ｔ0)　　…（１）
　次に、図２を用いて、測距装置１が備える受光装置３の回路基板について説明する。図２は、実施形態に係る受光装置３が備える回路基板を示す図である。図２では、互いに積層関係にある第１回路基板１０および第２回路基板２０の上面視図を示す。
　図２に示すように、受光装置３は、第１回路基板１０と、第２回路基板２０を備える。例えば、第１回路基板１０は、第２回路基板２０の上層または下層に積層される。
　図２に示すように、第１回路基板１０は、上面視で中央に配置される画素領域１００と、画素領域１００を囲むようにして外側に配置される周辺領域１１０と、周辺領域１１０を囲むようにして外側に配置されるパッド領域１２０とを有する。
　画素領域１００には、ＡＰＤ（Avalanche　Photodiode）１０１がアレイ状に配置される。具体的には、ＡＰＤ１０１は、第１回路基板１０の長辺方向および短辺方向それぞれに沿って２次元状に配列される。
　また、ＡＰＤ１０１は、単一光子アバランシェダイオード、いわゆるＳＰＡＤ(Single　Photon　Avalanche　Diode)が好適である。ＳＰＡＤは、アノードにアバランシェ増倍が発生する大きな負電圧を加えておくと、１光子の入射に応じて発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、大電流が流れる特性を有する。ＳＰＡＤのこの特性を利用することで、１光子の入射を高感度で検知することができる。
　周辺領域１１０には、後述する保護素子１３０が配置される。保護素子１３０は、ＡＰＤ１０１を保護するＥＳＤ（Electro-Static　Discharge）保護素子であり、ＡＰＤ１０１の領域面積（ＡＰＤ１０１の個数）に応じた面積で配置される。
　図２では、周辺領域１１０に２つの保護素子１３０を分割して配置している。つまり、２つの保護素子１３０を合算した面積が、ＡＰＤ１０１の領域面積に応じた保護素子１３０の面積となる。なお、保護素子１３０の分割数は２つに限らず、３つ以上であってもよく、分割せずに１つの保護素子１３０としてもよい。
　パッド領域１２０には、後述する電極パッド１２１が位置する。なお、電極パッド１２１は、第２回路基板２０に設けられる場合を示したが、第１回路基板１０に設けられてもよい。
　次に、第２回路基板２０は、上面視で中央に配置される画素回路領域２００と、画素回路領域２００を囲むようにして外側に配置される周辺回路領域２１０と、周辺回路領域２１０を囲むようにして外側に配置されるパッド領域２２０とを有する。
　画素回路領域２００の位置は、画素領域１００の位置に対応し、周辺回路領域２１０の位置は、周辺領域１１０の位置に対応し、パッド領域２２０の位置は、パッド領域１２０の位置に対応している。
　画素回路領域２００には、ＡＰＤ１０１から出力された信号を処理する回路や、ＡＰＤ１０１に電力を供給する回路等が形成される。具体的には、画素回路領域２００には、後述するトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２（図５参照）や、インバータＩＮＶ（図５参照）等が配置される。
　周辺回路領域２１０には、読出回路２１１、ＰＬＬ（Phase　Locked　Loop）回路２１２および各種処理回路２１３が配置される。読出回路２１１は、例えば、ＴＤＣ（Time　to　Digital　converter）回路である。
　ここで、従来は、ＡＰＤを保護する保護素子は、第２回路基板の周辺回路領域に配置されていた。このため、従来は、上記構成のための領域に加えて、保護素子の回路が必要になるため、周辺回路領域の狭小化が難しかった。さらに、周辺回路領域を大きくすると、第１回路基板の周辺回路も必然的に大きくしなければならず、チップの大型化を招いてしまう。また、従来は、保護素子と周辺回路とが同一基板に配置されるため、ラッチアップノイズや基板ノイズによりＡＰＤの特性劣化や周辺回路に悪影響が出るおそれがあった。
　そこで、本実施形態では、保護素子１３０を第１回路基板１０に設けることとした。具体的には、第１回路基板１０には、ＡＰＤ１０１と保護素子１３０とが配置される。また、第２回路基板２０には、ＡＰＤ１０１から出力された信号を処理する信号処理回路が配置される。
　これにより、第２回路基板２０に保護素子１３０のための領域を確保する必要がない。さらに、保護素子１３０を周辺領域１１０に配置することで、保護素子１３０専用の領域を第１回路基板１０に確保する必要がない。
　すなわち、実施形態に係る受光装置３によれば、保護素子１３０の専用領域を確保する必要がないため、チップの面積縮小することができる。さらに、第２回路基板２０において、保護素子１３０を形成する工程を省くことができるため、第２回路基板２０の工程数削減によりコスト削減を実現できる。
　また、第２回路基板２０に配置された各種回路と、保護素子１３０とが同一基板上に配置されないため、基板ノイズやラッチアップノイズ等の影響を抑えることができるため、ＡＰＤ１０１の特性劣化や周辺回路への悪影響を抑えることができる。
　次に、図３を用いて、受光装置３の断面について説明をする。図３は、受光装置３の断面図である。図３では、受光装置３を図２に示すＡ－Ａ線で切断した場合の断面を示す。
　図３に示すように、第１回路基板１０の画素領域１００には、ＡＰＤ１０１が形成される。例えば、ＡＰＤ１０１は、ウェル層の底部にｎ型半導体領域およびｐ型半導体領域が形成され、ウェル層の側部には、遮光部となる金属膜や、隣接するＡＰＤ１０１同士を分離する分離領域等が形成される。
　また、第１回路基板１０の周辺領域１１０は、ｎ型半導体領域１１０１と、ｐ型半導体領域１１０２とを含む。ｐ型半導体領域１１０２には、保護素子１３０が形成される。例えば、保護素子１３０は、ｐ型半導体領域１１０２に形成された絶縁部１１０４（例えば、トレンチ）内に囲まれた位置で形成される。
　また、ｎ型半導体領域１１０１　には、２本のトレンチ１１０３が形成される。トレンチ１１０３は、画素領域１００と周辺領域１１０を分離するために設けられている。なお、トレンチ１１０３は、少なくとも１本形成されていればよい。
　パッド領域１２０には、第１回路基板１０の上端から配線層１０００の内部まで達する垂直方向の孔であって、電極パッド２２０１への配線用の孔であるパッド開口部１２０１が形成されている。
　具体的には、パッド開口部１２０１は、第２回路基板２０におけるパッド領域２２０に設けられた配線用の電極パッド２２０１まで達する開口部である。なお、パッド開口部１２０１は、第１回路基板１０および第２回路基板２０の貼り合わせ後に形成される。電極パッド２２０１は、例えば、配線層１０００内の配線と接続されたり、他の外部装置と接続されたりする際に用いられる。
　また、第１回路基板１０における配線層１０００や、第２回路基板２０における配線層２０００は、複数の配線を含んで形成され、複数の配線や電極パッド２２０１は、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）　などの金属で形成される。
　このような第１回路基板１０および第２回路基板２０は、それぞれの配線層１０００，２０００同士が貼り合わされることで、積層される。これにより、画素領域１００におけるＡＰＤ１０１と画素回路領域２００における各種回路とが電気的に接続され、周辺領域１１０における保護素子１３０とパッド領域２２０における電極パッド２２０１とが電気的に接続される。
　次に、図４を用いて保護素子１３０の断面構造を詳細に説明する。図４は、保護素子１３０の断面構造を示す模式図である。
　保護素子１３０は、ＰＮ接合を有する素子であり、例えば、バイポーラトランジスタ型のＥＳＤ保護素子である。具体的には、図４に示すように、保護素子１３０は、ｐ型半導体領域１１０２において、配線層１０００側の表面にｎウェル層１３０１（ｎ型半導体領域）、ｐウェル層１３０２（ｐ型半導体領域）、ｎウェル層１３０３（ｎ型半導体領域）を有する。また、ｎウェル層１３０１、ｐウェル層１３０２、ｎウェル層１３０３は、分離領域１３０４により互いに分離される。
　また、保護素子１３０は、ｎウェル層１３０１、ｐウェル層１３０２、ｎウェル層１３０３よりも深い領域にディープｎウェル層１３０５（高濃度のｎ型半導体領域）を有する。
　また、ｎウェル層１３０１には、正電圧の電圧源Ｖｏｖとの接続点となる高濃度のｐ型半導体領域１３０６が形成される。また、ｐウェル層１３０２には、負電圧の電圧源Ｖｂｒとの接続点となる高濃度のｐ型半導体領域１３０７が形成される。また、ｎウェル層１３０３には、正電圧の電圧源Ｖｏｖとの接続点となる高濃度のｎ型半導体領域１３０８が形成される。また、ｐ型半導体領域１１０２には、基準電圧Ｖｓｓ０（例えば、０Ｖ）との接続点となる高濃度のｐ型半導体領域１３０９が形成される。
　すなわち、図４に示す保護素子１３０は、ｐ型半導体領域１１０２を基質とするＰＮＰ接合のトリプルウェル構造のバイポーラトランジスタである。なお、保護素子１３０は、ｎ型半導体領域を基質としてもよく、ＮＰＮ接合のトリプルウェル構造であってもよいが、かかる点については後述する。
　次に、図５および図６を用いて、受光装置３の回路構成について説明する。図５および図６は、受光装置３の回路構成を示す図である。図５では、ＰＮＰ接合の保護素子１３０の回路構成を示し、図６では、ＮＰＮ接合の保護素子１３０の回路構成を示す。図５および図６に示すように、ＡＰＤ１０１および保護素子１３０は、第１回路基板１０に配置され、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２およびインバータＩＮＶは、第２回路基板２０に配置される。また、ＡＰＤ１０１および保護素子１３０は、第２回路基板２０とＣｕ－Ｃｕ接続により電気的に接続される。
　図５および図６に示すように、ＡＰＤ１０１は、カソードがＴｒ１のドレインに接続され、アノードがＡＰＤ１０１の降伏電圧に対応する負電圧の電圧源Ｖｂｒに接続される。また、トランジスタＴｒ１のソースが正電圧の電圧源Ｖｏｖに接続される。トランジスタＴｒ１のゲートには、所定の基準電圧（例えば、電圧Ｖｓｓ０等）が接続される。トランジスタＴｒ１は、電圧源Ｖｏｖおよび基準電圧に応じた電流をドレインから出力する電流源である。このような構成により、ＡＰＤ１０１には、逆バイアスが印加される。
　そして、ＡＰＤ１０１は、アノードに電圧源Ｖｂｒが印加された電位により充電された状態で光子が入射されると、アバランシェ増倍が開始されカソードからアノードの方向に向けて電流が流れ、それに伴いＡＰＤ１０１において電圧降下が発生する。この電圧降下により、ＡＰＤ１０１のアノード－カソード間電圧が電圧源Ｖｂｒの電位まで下がるとアバランシェ倍増が停止される。その後、電流源であるトランジスタＴｒ１からの電流によりＡＰＤ１０１が充電され、ＡＰＤ１０１の状態が光子入射前の状態に戻る（リチャージ動作）。
　トランジスタＴｒ１のドレインとＡＰＤ１０１のカソードとの接続点から取り出された電圧が、インバータＩＮＶに入力される。インバータＩＮＶは、入力された電圧（入力電圧）に対して例えば、電圧ＶＤＤおよび電圧Ｖｓｓ１基づく閾値判定を行い、入力電圧が閾値電圧を正方向または負方向に超える毎に出力信号Ｖｏivを反転させる。
　より具体的には、インバータＩＮＶは、ＡＰＤ１０１に対する光子の入射に応じたアバランシェ増倍による電圧降下において、入力電圧が閾値電圧を跨いだ第１のタイミングで、出力信号Ｖｏivを反転させる。次に、リチャージ動作によりＡＰＤ１０１の充電が行われ入力電圧が上昇する。インバータＩＮＶは、この上昇する入力電圧が閾値電圧を跨いだ第２のタイミングで、出力信号Ｖｏivを再び反転させる。この第１のタイミングと第２のタイミングとの時間方向の幅が、ＡＰＤ１０１に対する光子の入射に応じた出力パルスとなる。
　そして、図５および図６に示すように、ＡＰＤ１０１のＥＳＤ対策として、保護素子１３０がＡＰＤ１０１に対して電圧源Ｖｏｖ、Ｖｂｒ側で並列接続される。具体的には、保護素子１３０は、一端が正電圧の電圧源Ｖｏｖに接続され、他端が負電圧の電圧源Ｖｂｒに接続される。
　例えば、図５に示すように、ＰＮＰ接合のバイポーラトランジスタ型である保護素子１３０の場合、エミッタが電圧源Ｖｏｖに接続され、コレクタが電圧源Ｖｂｒに接続される。また、ベースとエミッタとが抵抗を介して接続される。
　また、図６に示すように、ＮＰＮ接合のバイポーラトランジスタ型である保護素子１３０の場合、コレクタが電圧源Ｖｏｖに接続され、エミッタが電圧源Ｖｂｒに接続される。また、ベースとエミッタとが抵抗を介して接続される。
　このような構成により、電圧源Ｖｏｖ、Ｖｂｒにサージ電圧が発生した場合に、サージ電圧が保護素子１３０に入ることで吸収されるため、ＡＰＤ１０１へのサージ電圧の侵入を抑えることでＡＰＤ１０１を保護することができる。
＜＜変形例＞＞
　なお、ＡＰＤ１０１の領域面積に応じて保護素子１３０の面積を大きくする場合、以下の２通りの方法をとることができる。
　・１つあたりの保護素子の面積を大きくする
　・保護素子の数を増やす
＜１つあたりの保護素子の面積を大きくする＞
　図７は、保護素子１３０の変形例を示す図である。図７に示すように、ＡＰＤ１０１の領域面積に応じて各保護素子１３０の面積を大きくする。図７では、２つの保護素子１３０それぞれの面積が等しいまま大きくした場合を示しているが、２つの保護素子１３０のうちいずれか一方の保護素子１３０のみを大きくしてもよい。
＜保護素子の数を増やす＞
　図８は、保護素子１３０の変形例を示す図である。図８に示すように、ＡＰＤ１０１の領域面積に応じて保護素子１３０の数を増やすことで、保護素子１３０の面積を大きくしてもよい。なお、図８では、複数の保護素子１３０を隣接するようにしているが、それぞれに保護素子１３０が離れた位置関係であってもよい。また、それぞれの保護素子１３０の面積が同じであってもよく、異なってもよい。
　このように、ＡＰＤ１０１の領域面積に応じて保護素子１３０の面積を大きくすることで、サージ電圧の発生に対して高精度にＡＰＤ１０１を保護することができる。
　また、上述した実施形態では、保護素子１３０は、第１回路基板１０のみに配置される場合を示したが、第１回路基板１０および第２回路基板２０それぞれに分割して配置されてもよい。かかる点について、図９～図１１を用いて説明する。
　図９～図１１は、保護素子１３０の変形例を示す図である。図１１では、図９および図１０におけるＢ－Ｂ線で切断した断面を示す。図９～図１１に示すように、保護素子１３０は、一部が第２回路基板２０に配置されてもよい。
　図９～図１１に示すように、第１回路基板１０に設けられる第１保護素子１３０－１は、第１回路基板１０の周辺領域１１０に配置される。また、第２回路基板２０に設けられる第２保護素子１３０－２は、第２回路基板２０の周辺回路領域２１０とパッド領域２２０との間に設けられる。かかる場合には、第２回路基板２０の周辺回路領域２１０とパッド領域２２０との間に所定の領域が必要となるが、第２保護素子１３０－２が保護素子全体の一部であるため、第２保護素子１３０－２のための領域は、従来に比べて、小さくできる。
　また、図１１に示すように、第２保護素子１３０－２は、第１保護素子１３０－１とで断面構造が異なる場合を示したが、断面構造が互いに同じであってもよい。
　また、上述した実施形態では、ｐ型半導体領域を基質としたＰＮＰ接合の保護素子１３０を示したが、ＮＰＮ接合であってもよい。
　また、保護素子１３０は、基質がｎ型半導体領域であってもよい。かかる点について、図１２および図１３を用いて説明する。
　図１２および図１３は、保護素子１３０の変形例を示す図である。図１２では、ｎ型半導体領域を基質とするＰＮＰ接合の場合を示し、図１３では、ｎ型半導体領域を基質とするＮＰＮ接合の場合を示す。
　図１２に示すように、ｎ型半導体領域１１０２ｂを基質とするＰＮＰ接合の場合、保護素子１３０は、ｎ型半導体領域１１０２ｂにおいて、配線層１０００側の表面にｐウェル層１３０１ｂ、ｎウェル層１３０２ｂ、ｐウェル層１３０３ｂを有する。また、ｐウェル層１３０１ｂ、ｎウェル層１３０２ｂ、ｐウェル層１３０３ｂは、分離領域１３０４ｂにより互いに分離される。
　また、保護素子１３０は、ｐウェル層１３０１ｂ、ｎウェル層１３０２ｂ、ｐウェル層１３０３ｂよりも深い領域にディープｐウェル層１３０５ｂを有する。
　また、ｐウェル層１３０１ｂには、負電圧の電圧源Ｖｂｒとの接続点となる高濃度のｐ型半導体領域１３０６ｂが形成される。また、ｎウェル層１３０２ｂには、正電圧の電圧源Ｖｏｖとの接続点となる高濃度のｐ型半導体領域１３０７ｂ－１、高濃度のｎ型半導体領域１３０７ｂ－２、高濃度のｐ型半導体領域１３０７ｂ－３が形成される。また、ｐウェル層１３０３ｂには、負電圧の電圧源Ｖｂｒとの接続点となる高濃度のｐ型半導体領域１３０８ｂが形成される。また、ｎ型半導体領域１１０２ｂには、基準電圧Ｖｓｓ０（例えば、０Ｖ）との接続点となる高濃度のｎ型半導体領域１３０９ｂが形成される。
　また、図１３に示すように、ｎ型半導体領域１１０２ｃを基質とするＮＰＮ接合の場合、保護素子１３０は、ｎ型半導体領域１１０２ｃにおいて、配線層１０００側の表面にｎウェル層１３０１ｃ、ｐウェル層１３０２ｃ、ｎウェル層１３０３ｃを有する。また、ｎウェル層１３０１ｃ、ｐウェル層１３０２ｃ、ｎウェル層１３０３ｃは、分離領域１３０４ｃにより互いに分離される。
　また、保護素子１３０は、ｎウェル層１３０１ｃ、ｐウェル層１３０２ｃ、ｎウェル層１３０３ｃよりも深い領域にディープｐウェル層１３０５ｃを有する。
　また、ｎウェル層１３０１ｃには、正電圧の電圧源Ｖｏｖとの接続点となる高濃度のｎ型半導体領域１３０６ｃが形成される。また、ｐウェル層１３０２ｃには、負電圧の電圧源Ｖｂｒとの接続点となる高濃度のｎ型半導体領域１３０７ｃ－１、高濃度のｐ型半導体領域１３０７ｃ－２、高濃度のｎ型半導体領域１３０７ｃ－３が形成される。また、ｎウェル層１３０３ｃには、正電圧の電圧源Ｖｏｖとの接続点となる高濃度のｎ型半導体領域１３０８ｃが形成される。また、ｎ型半導体領域１１０２ｃには、基準電圧Ｖｓｓ０（例えば、０Ｖ）との接続点となる高濃度のｎ型半導体領域１３０９ｃが形成される。
　上述した測距装置１や受光装置３は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置。
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置。
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、ＴＶや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置。
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置。
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置。
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置。
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置。
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置。
＜＜本開示に係る技術のさらなる適用例＞＞
＜移動体への適用例＞
　本開示に係る技術は、さらに、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、ロボットといった各種の移動体に搭載される装置に対して適用されてもよい。
　図１４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１４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、およ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、および車載ネットワークＩ／Ｆ（インタフェース）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、および、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。車外情報検出ユニット１２０３０は、例えば、受信した画像に対して画像処理を施し、画像処理の結果に基づき物体検出処理や距離検出処理を行う。
　撮像部１２０３１（受光装置）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およ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１４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およ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およ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１５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。図１５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４および１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４および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、バックドアおよ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およ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および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１５には、撮像部１２１０１～１２１０４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および１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２および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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１～１２１１４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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４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１２１０１～１２１０４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、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上述した実施形態および変形例を適用可能な測距装置１や受光装置３を撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より高精度に測距を実行することが可能となる。
　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無く、また他の効果があってもよい。
＜＜まとめ＞＞
　以上説明したように、受光装置３は、第１回路基板１０と、第２回路基板２０とを備える。第１回路基板１０は、ＡＰＤ１０１とＡＰＤ１０１を保護する保護素子１３０とが配置される。第２回路基板２０は、第１回路基板１０に積層され、ＡＰＤ１０１から出力された信号を処理する信号処理回路が配置される。
　これにより、第２回路基板２０に保護素子１３０の専用領域を確保する必要がないため、チップ（第１回路基板１０および第２回路基板２０）の面積を縮小することができる。
　以上、本開示の各実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の各実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示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、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　ＡＰＤ（Avalanche　Photodiode）と前記ＡＰＤを保護する保護素子とが配置された第１回路基板と、
　前記第１回路基板に積層され、前記ＡＰＤから出力された信号を処理する信号処理回路が配置された第２回路基板と
　を備えることを特徴とする受光装置。
（２）
　前記保護素子は、
　前記ＡＰＤの領域面積に応じた面積で前記第１回路基板に配置されること
　を特徴とする前記（１）に記載の受光装置。
（３）
　前記保護素子は、
　バイポーラトランジスタ型であること
　を特徴とする前記（１）または（２）に記載の受光装置。
（４）
　前記ＡＰＤおよび前記保護素子は、
　前記第２回路基板とＣｕ－Ｃｕ接続により、電気的に接続されること
　を特徴とする前記（１）～（３）のいずれか１つに記載の受光装置。
（５）
　前記ＡＰＤは、
　ソースが正電圧の電圧源に接続されるトランジスタのドレインにカソードが接続され、アノードが負電圧の電圧源に接続され、
　前記保護素子は、
　一端が前記正電圧の電圧源に接続され、他端が前記負電圧の電圧源に接続されることで、前記ＡＰＤに対して並列接続されること
　を特徴とする前記（１）～（４）のいずれか１つに記載の受光装置。
（６）
　前記保護素子は、ＰＮＰ接合またはＮＰＮ接合のトリプルウェル構造を有すること
　を特徴とする前記（１）～（５）のいずれか１つに記載の受光装置。
（７）
　光源装置と、
　前記（１）～（６）のいずれか１つに記載の受光装置であって、前記光源装置からの射出光が被測定物により反射した反射光を受光する受光装置と
　を備えることを特徴とする測距装置。
　　　１　　測距装置
　　　２　　光源装置
　　　３　　受光装置
　　１０　　第１回路基板
　　２０　　第２回路基板
　１００　　画素領域
　１１０　　周辺領域
　１２０　　パッド領域
　１３０　　保護素子
　２００　　画素回路領域
　２１０　　周辺回路領域
　２２０　　パッド領域

Claims (7)

  1. 　ＡＰＤ（Avalanche　Photodiode）と前記ＡＰＤを保護する保護素子とが配置された第１回路基板と、
    　前記第１回路基板に積層され、前記ＡＰＤから出力された信号を処理する信号処理回路が配置された第２回路基板と
    　を備えることを特徴とする受光装置。
  2. 　前記保護素子は、
    　前記ＡＰＤの領域面積に応じた面積で前記第１回路基板に配置されること
    　を特徴とする請求項１に記載の受光装置。
  3. 　前記保護素子は、
    　バイポーラトランジスタ型であること
    　を特徴とする請求項１に記載の受光装置。
  4. 　前記ＡＰＤおよび前記保護素子は、
    　前記第２回路基板とＣｕ－Ｃｕ接続により、電気的に接続されること
    　を特徴とする請求項１に記載の受光装置。
  5. 　前記ＡＰＤは、
    　ソースが正電圧の電圧源に接続されるトランジスタのドレインにカソードが接続され、アノードが負電圧の電圧源に接続され、
    　前記保護素子は、
    　一端が前記正電圧の電圧源に接続され、他端が前記負電圧の電圧源に接続されることで、前記ＡＰＤに対して並列接続されること
    　を特徴とする請求項１に記載の受光装置。
  6. 　前記保護素子は、ＰＮＰ接合またはＮＰＮ接合のトリプルウェル構造を有すること
    　を特徴とする請求項１に記載の受光装置。
  7. 　光源装置と、
    　請求項１に記載の受光装置であって、前記光源装置からの射出光が被測定物により反射した反射光を受光する受光装置と
    　を備えることを特徴とする測距装置。
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