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公開番号2025012227
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114929
出願日2023-07-13
発明の名称光検出装置および測距システム
出願人ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250117BHJP()
要約【課題】より性能の向上を図る。
【解決手段】光検出装置が、SPADがアレイ状に配置された第1の半導体基板と、SPADが光子を検出するのに応じて出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するPFE回路が、SPADごとに配置された第2の半導体基板と、PFE回路から出力されるデジタル信号に基づいて距離を測定する測距回路が、SPADごとに配置された第3の半導体基板とが少なくとも積層された積層構造で構成される。本技術は、例えば、ToF方式を採用した測距システムに適用できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
光子を検出する光子検出素子がアレイ状に配置された第１の半導体基板と、
前記光子検出素子が光子を検出するのに応じて出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する前段回路が、前記光子検出素子ごとに配置された第２の半導体基板と、
前記前段回路から出力されるデジタル信号に基づいて距離を測定する測距回路が、前記光子検出素子ごとに配置された第３の半導体基板と
を備え、
前記第１の半導体基板、前記第２の半導体基板、および前記第３の半導体基板が少なくとも積層された積層構造で構成される
光検出装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記前段回路は、高電圧を受ける必要のある回路である
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記光子検出素子と前記前段回路とが貫通ビアを介して接続され、
前記前段回路と前記測距回路とがCu-Cu接合部を介して接続される
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記第２の半導体基板には、前記前段回路が配置されている領域の周辺領域に第１の周辺回路が配置され、
前記第３の半導体基板には、前記測距回路が配置されている領域の周辺領域に第２の周辺回路が配置される
請求項２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第１の周辺回路が配置されている領域と、前記第２の周辺回路が配置されている領域とが、平面視して重畳するように配置される
請求項４に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第１の周辺回路が配置されている領域と、前記第２の周辺回路が配置されている領域とが、平面視して重畳することなく配置される
請求項４に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第１の周辺回路として厚膜回路が搭載され、
前記第２の周辺回路として薄膜回路のみ、または、薄膜回路および厚膜回路の両方が搭載される
請求項４に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記第２の半導体基板の端部に沿って複数の第１の接続パッドが配置され、
前記第３の半導体基板の端部に沿って複数の第２の接続パッドが配置される
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項９】
複数の前記第１の接続パッドと、複数の前記第２の接続パッドとのうち、共通して用いられるものどうしがCu-Cu接合部を介して接続される
請求項８に記載の光検出装置。
【請求項１０】
複数の前記第１の接続パッドのうちの、前記第２の半導体基板に設けられる第１の周辺回路のみに接続されるものと、複数の前記第２の接続パッドのうちの、前記第３の半導体基板に設けられる第２の周辺回路のみに接続されるものとが、平面視して重畳する位置に配置される
請求項８に記載の光検出装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光検出装置および測距システムに関し、特に、より性能の向上を図ることができるようにした光検出装置および測距システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、複数のSPAD（Single Photon Avalanche Diode）をアレイ状に配置して、対象物までの距離をToF（Time of Flight）方式によって求めることにより、距離画像を取得する測距システムの開発が進められている。例えば、従来の測距システムでは、SPADが配置される画素層と、測距回路が配置される回路層とを積層した２層構造が採用されていた。
【０００３】
特許文献１には、光電変換素子を有する層と、回路を有する複数の層とが積層された積層構造の撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－５２４９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような２層構造の光検出装置では、１つの回路層に全ての回路が搭載されているため、測距性能や、消費電力、チップサイズなどを改善することが困難であり、それらの性能を向上させることが求められている。なお、上述した特許文献１で開示されている撮像装置では、多層で回路が配置されているものの、いわゆる周辺回路は設けられていないとともに、機能別に層が分けられるようには構成されていなかった。
【０００６】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より性能の向上を図ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一側面の光検出装置は、光子を検出する光子検出素子がアレイ状に配置された第１の半導体基板と、前記光子検出素子が光子を検出するのに応じて出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する前段回路が、前記光子検出素子ごとに配置された第２の半導体基板と、前記前段回路から出力されるデジタル信号に基づいて距離を測定する測距回路が、前記光子検出素子ごとに配置された第３の半導体基板とを備え、前記第１の半導体基板、前記第２の半導体基板、および前記第３の半導体基板が少なくとも積層された積層構造で構成される。
【０００８】
本開示の一側面の測距システムは、照射光を照射する照明装置と、前記照射光に対する反射光を受光する受光装置とを備え、前記受光装置は、光子を検出する光子検出素子がアレイ状に配置された第１の半導体基板と、前記光子検出素子が光子を検出するのに応じて出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する前段回路が、前記光子検出素子ごとに配置された第２の半導体基板と、前記前段回路から出力されるデジタル信号に基づいて距離を測定する測距回路が、前記光子検出素子ごとに配置された第３の半導体基板とを有し、前記第１の半導体基板、前記第２の半導体基板、および前記第３の半導体基板が少なくとも積層された積層構造で構成される光検出装置を有する。
【０００９】
本開示の一側面においては、第１の半導体基板には、光子を検出する光子検出素子がアレイ状に配置され、第２の半導体基板には、光子検出素子が光子を検出するのに応じて出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する前段回路が、光子検出素子ごとに配置され、第３の半導体基板には、前段回路から出力されるデジタル信号に基づいて距離を測定する測距回路が、光子検出素子ごとに配置される。そして、第１の半導体基板、第２の半導体基板、および第３の半導体基板が少なくとも積層された積層構造で構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本技術を適用した光検出装置の第１の実施の形態の構成例を示す図である。
図１の光検出装置の断面的な構成例を示す図である。
本技術を適用した光検出装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。
図３の光検出装置の断面的な構成例を示す図である。
本技術を適用した光検出装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。
図５の光検出装置の断面的な構成例を示す図である。
Cu-Cu接合部を介した接続パッドの接続構造の一例を示す断面図である。
本技術を適用した光検出装置の第４の実施の形態の構成例を示す図である。
本技術を適用した測距システムの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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