CN111293129A - 用于距离测量的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器包括半导体基板，该半导体基板包括第一表面和第二表面并且还包括阱区和第一浮置扩散区，阱区和第一浮置扩散区中的每个与第一表面相邻。图像传感器包括第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极，第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极被隔离而不彼此直接接触并且每个从半导体基板的第一表面且在半导体基板的厚度方向上延伸穿过阱区的至少一部分。图像传感器包括在第一垂直传输栅极和第一浮置扩散区之间并在半导体基板的第一表面上的第一存储栅极。图像传感器包括在第一存储栅极和第一浮置扩散区之间并在半导体基板的第一表面上的第一分接头传输栅极。

Description

用于距离测量的图像传感器
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，更具体地，涉及用于距离测量的图像传感器。
背景技术
基于飞行时间(ToF)的图像传感器可以测量关于从所述图像传感器到对象的距离的信息以生成对象的三维(3D)图像。基于ToF的图像传感器可以将光照射到对象上，然后可以测量直到接收到从对象反射的光所花的ToF，从而获得关于距离的信息。
发明内容
本发明构思提供一种用于距离测量的图像传感器，其使像素能够小型化并降低读取噪声。
根据一些示例实施方式，一种图像传感器可以包括半导体基板，该半导体基板包括第一表面和第二表面。半导体基板还可以包括阱区和第一浮置扩散区。阱区和第一浮置扩散区中的每个可以与第一表面相邻。图像传感器可以包括被隔离而不彼此直接接触的第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极。第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极可以每个从半导体基板的第一表面并在半导体基板的厚度方向上延伸穿过阱区的至少一部分。厚度方向可以垂直于第一表面和第二表面中的至少一个。图像传感器可以包括在第一垂直传输栅极和第一浮置扩散区之间的第一存储栅极。第一存储栅极可以在半导体基板的第一表面上。图像传感器可以包括在第一存储栅极和第一浮置扩散区之间的第一分接头传输栅极。第一分接头传输栅极可以在半导体基板的第一表面上。
根据一些示例实施方式，一种图像传感器可以包括半导体基板，该半导体基板包括第一表面和第二表面。半导体基板还可以包括解调区域。图像传感器可以包括被隔离而不彼此直接接触的第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极。解调区域可以在第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极之间。第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极可以每个从半导体基板的第一表面在半导体基板的厚度方向上延伸。厚度方向可以垂直于第一表面和第二表面中的至少一个。图像传感器可以包括在半导体基板的第一表面上的第一存储栅极和第二存储栅极。第一存储栅极可以与第一垂直传输栅极相邻。第二存储栅极可以与第二垂直传输栅极相邻。图像传感器可以包括在半导体基板的第一表面上的第一分接头传输栅极和第二分接头传输栅极。第一分接头传输栅极可以与第一存储栅极相邻。第二分接头传输栅极可以与第二存储栅极相邻。
根据一些示例实施方式，一种图像传感器可以包括半导体基板，该半导体基板包括第一表面和第二表面。半导体基板还可以包括解调区域和第一浮置扩散区。半导体基板可以与第一导电类型相关联。图像传感器可以包括被隔离而不彼此直接接触的第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极。解调区域可以在第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极之间。第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极可以每个从半导体基板的第一表面在半导体基板的厚度方向上延伸。厚度方向可以垂直于第一表面和第二表面中的至少一个。图像传感器可以包括在第一垂直传输栅极和第一浮置扩散区之间的第一存储栅极。第一存储栅极可以在半导体基板的第一表面上。图像传感器可以包括在第一存储栅极和第一浮置扩散区之间的第一分接头传输栅极。第一分接头传输栅极可以在半导体基板的第一表面上。图像传感器可以包括在半导体基板的内部中的存储扩散区。存储扩散区可以在第一存储栅极上。存储扩散区可以与第二导电类型相关联。第二导电类型可以与第一导电类型不同。
附图说明
从以下结合附图的详细描述，本发明构思的示例实施方式将被更清楚地理解，附图中：
图1是根据一些示例实施方式的***的框图；
图2是用于描述根据一些示例实施方式的***的操作的框图；
图3是根据一些示例实施方式的与图像传感器的单位像素对应的等效电路图；
图4是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的平面图；
图5是图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图6是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的时序图；
图7是根据一些示例实施方式的图像传感器的像素阵列的平面图；
图8和图9是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的像素阵列的平面图；
图10是根据一些示例实施方式的与图像传感器的单位像素相对应的等效电路图；
图11是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的平面图；
图12是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图13是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的时序图；
图14是根据一些示例实施方式的图像传感器的像素阵列的平面图；
图15是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的像素阵列的平面图；
图16是根据一些示例实施方式的与图像传感器的单位像素对应的等效电路图；
图17是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的平面图；
图18是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图19是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图20是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图21是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图22是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图；
图23是根据一些示例实施方式的与图像传感器的单位像素对应的等效电路图；
图24是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的平面图；以及
图25是根据一些示例实施方式的图像传感器的单位像素的主要部分的剖视图。
具体实施方式
在下文，将参照附图详细描述示例实施方式。这里，相同的附图标记表示相同的元件，并将省略它们的重复描述。
图1是根据一些示例实施方式的***15的框图。
参照图1，***15可以包括成像装置17，其连接到处理器19或主机以与处理器19或主机通信。***15还可以包括存储器20，其连接到处理器19并存储信息诸如从成像装置17接收的图像数据。在一些示例实施方式中，***15可以被集成到一个半导体芯片中。在另一些实施方式中，成像装置17、处理器19和存储器20中的每个可以被实现为单独的半导体芯片。在一些实施方式中，存储器20可以包括一个或更多个存储器芯片。在一些实施方式中，处理器19可以包括多处理芯片。
***15可以是低功率电子设备，其用于距离测量的图像传感器的应用。***15可以是便携式或固定式。便携式***15的示例可以包括移动设备、蜂窝电话、智能电话、用户设备(UE)、平板个人计算机(PC)、数码相机、膝上型或桌面计算机、电子智能手表、机器对机器(M2M)通信设备、虚拟现实(VR)设备或模块、机器人等。固定型***15的示例可以包括视频游戏厅的游戏控制台、交互式视频终端、车辆、机器视觉***、工业机器人、VR设备、安装在车辆中的驾驶员侧的摄像头等。
在一些实施方式中，成像装置17可以包括光源22和图像传感器24。光源22可以包括例如激光二极管(LD)或发光二极管(LED)(其每个发射红外(IR)光或可见光)、近红外(NIR)激光器、点光源、白色灯、由白色灯和单色器的组合构成的单色照明源、或其它激光源的组合。在一些实施方式中，光源22可以发射具有约800nm至约1000nm的波长的IR光。图像传感器24可以包括像素阵列和辅助处理电路，每个在下面描述并在图2中示出。
例如，处理器19可以是中央处理单元(CPU)，其是通用处理器。这里，为了便于描述，CPU可以被称为处理器。在一些实施方式中，除了CPU之外，处理器19还可以包括微控制器、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)和专用集成电路(ASIC)处理器。此外，处理器19可以包括在分布式处理环境中操作的一个或更多个CPU。例如，除了CPU的功能之外，处理器19可以是具有附加功能的***芯片(SoC)。
存储器20可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)诸如同步DRAM(SDRAM)、高带宽存储器(HBM)模块、或基于DRAM的三维堆叠(3DS)模块诸如混合存储立方体(HMC)存储器。存储器20可以包括例如固态驱动器(SSD)、DRAM模块或基于半导体的存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)、导电桥接随机存取存储器(CBRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)或自旋转移扭矩MRAM(STT-MRAM)。
图2是用于描述根据一些示例实施方式的***15的操作的框图。
参照图2，***15可以用于获得关于三维(3D)对象26的Z轴深度信息，该三维(3D)对象26可以是单个对象或场景(未示出)中的对象。在一些实施方式中，深度信息可以由处理器19基于从图像传感器24接收的扫描数据来计算，或者可以由图像传感器24自主地计算。在一些实施方式中，深度信息可以被处理器19用作3D用户界面的一部分，并可以使***15的用户能够与3D对象26的3D图像交互或者使用3D对象26的3D图像作为由***15执行的另一应用程序的一部分。
X轴可以是与***15前面的前部区域对应的水平方向，Y轴可以是从页面偏离的垂直方向，Z轴可以在从***15到3D对象26的方向上延伸。光源22的光轴和图像传感器24的光轴可以平行于Z轴，用于深度测量。
光源22可以如箭头28和29所示照射3D对象26。箭头28和29可以分别对应于表示光束或光发射的路径的虚线30和31。光束或光发射可以用于在光学视角内对3D对象26进行点扫描。在对象表面上执行的线单位扫描可以由光发射源执行，该光发射源可以是由光控制器34操作和控制的发光器件33。基于光控制器34的控制，来自发光器件33的光束可以通过投影透镜35在3D对象26的表面上在X-Y方向上点扫描。在一些实施方式中，点扫描操作可以沿着扫描线将光点投射到3D对象的表面上。投影透镜35可以是圆柱形光学装置，其将从会聚透镜或发光器件33照射的激光束聚集在3D对象26的表面的一个点上。例如，投影透镜35可以是具有凸起结构的会聚透镜，但是不限于此。另外类型的合适的透镜设计可以被选择用于投影透镜35。3D对象26可以设置在焦点位置，在该焦点位置从发光器件33照射的光被投影透镜35集中在光点上。因此，在点扫描操作中，3D对象26的表面的点或窄区域可以被从投影透镜35集中的光束顺序地照射。
在一些实施方式中，发光器件33可以包括LD或LED(其每个发射IR光或可见光)、NIR激光器、点光源、白光灯、由白色灯和单色器的组合配置的单色照明光源、或其它激光源的组合。发光器件33可以固定在***15的壳体的一位置并可以在X-Y方向上旋转。发光器件33可以通过光控制器34在X-Y方向上被控制并可以对3D对象26执行点扫描操作。在一些实施方式中，可见光可以是绿光。从发光器件33发射的光可以通过使用反射镜(未示出)照射到3D对象26的表面上。或者，可以在没有反射镜的情况下执行点扫描。
通过3D对象26的点扫描反射的光可以沿着由箭头36和37以及虚线38和39中的每个所示的收集路径行进。当接收从发光器件33照射的光时，由3D对象26的表面散射或反射的光子可以通过光收集路径移动。在图2中，由箭头和虚线所示的各种路径仅是示例。传输真实光信号的具体路径不限于所示路径。
从被照射的3D对象26接收的光可以通过图像传感器24的收集透镜44集中在二维(2D)像素阵列42的一个或更多个像素上。与投影透镜35类似，收集透镜44可以是另一个圆柱形光学装置或玻璃或塑料表面的收集透镜，其将从3D对象26接收的反射光聚集在2D像素阵列42的一个或更多个像素上。在一些实施方式中，收集透镜44可以是具有凸起结构的会聚透镜，但是不限于此。此外，为了便于描述，在图2中示出3×3像素阵列，但是可以理解，当前像素阵列包括数千或数百万像素。2D像素阵列42可以是红色、绿色和蓝色(RGB)像素阵列，其中不同的像素收集不同颜色的光信号。2D像素阵列42可以包括例如2D传感器，诸如2DRGB传感器、2D IR传感器、2D NIR传感器、2D RGBW传感器或2D RGB-IR传感器(其每个包括IR阻挡滤波器)。除了3D对象26的3D成像(包括深度测量)之外，***15可以使用相同的像素阵列42用于对3D对象26(或包括对象的场景)的2D RGB颜色成像。
2D像素阵列42可以将接收的光子转换成与其对应的电信号，并且电信号可以由像素阵列控制器46处理，由此可以确定3D对象26的3D深度图像。例如，像素阵列控制器46可以组合并计算相位信息，用于深度测量。像素阵列控制器46可以包括用于控制2D像素阵列42的操作的多个关联电路。
处理器19可以控制光源22和图像传感器24的操作。例如，***15可以包括模式开关(未示出)，其由用户控制并切换2D成像模式或3D成像模式。当用户通过使用模式开关选择2D成像模式时，处理器19可以激活图像传感器24，2D成像模式可以使用***光，从而处理器19可以不激活光源22。另一方面，当用户通过使用模式开关选择3D成像模式时，处理器19可以激活光源22和图像传感器24并可以触发像素阵列控制器中的复位信号的电平的变化，因此当***光太强并因此没有以线性模式反射时，处理器19可以从线性模式切换到对数模式。从像素阵列控制器46接收的处理过的图像数据可以由处理器19存储在存储器20中。处理器19可以在***15的显示屏(未示出)上显示由用户选择的2D或3D图像。处理器19可以用软件或固件编程，每个软件或固件执行所描述的各种处理操作。在一些实施方式中，处理器19可以包括用于执行上述功能中的一些或全部的可编程硬件逻辑电路。例如，存储器20可以存储程序代码、查找表或中间操作结果，以允许处理器19执行相应的功能。
***15的处理器19可以通过使用光源22沿着扫描线执行3D对象26的1D点扫描。在点扫描操作的一部分中，光源22可以由处理器19控制，以线为单元在3D对象26的表面上投射连续的光点(或一系列光点)。***15的像素阵列控制器46可以选择诸如2D像素阵列42的图像传感器中的一行像素。诸如2D像素阵列42的图像传感器可以包括布置为配置像平面的2D阵列的多个像素。从其选择像素的行可以在像平面中配置扫描线的对极线(epipolarline)。像素阵列控制器46可以由处理器19控制以通过使用一行像素中的对应像素来检测每个光点。当从照射光点反射的光通过收集透镜44聚集在两个或更多个相邻像素上时，从照射光点反射的光可以通过单个像素或一个或更多个像素来检测。像素阵列控制器46可以由处理器19控制以响应于连续光点中的相应光点的像素特定检测而生成像素特定输出。因此，像素阵列控制器46可以至少基于像素特定输出和投射相应光点的光源22所使用的扫描角度来确定到3D对象26的表面的对应光点的3D距离(或深度)。
图3是根据一些示例实施方式的图像传感器100的对应于单位像素的等效电路图。图4是根据一些示例实施方式的图像传感器100的单位像素的主要部分的平面图。图5是图像传感器100的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图3至图5，图像传感器100可以具有2分接头像素结构。2分接头像素结构可以表示图像传感器100的一个像素包括两个分接头的结构。这里，分接头可以表示用于以相位为单元传输通过照射外部光而在像素中产生和累积的光电荷的单元部件。图像传感器100可以通过使用两个分接头实现相对于0度相位和180度相位以及相对于90度相位和270度相位发送光电荷的方式。例如，图像传感器100的一个像素可以包括第一分接头部分TAP1和第二分接头部分TAP2。第一分接头部分TAP1可以是配置为相对于0度相位发送光电荷的部分，第二分接头部分TAP2可以是配置为相对于180度相位发送光电荷的部分。或者，第一分接头部分TAP1可以是配置为相对于90度相位发送光电荷的部分，第二分接头部分TAP2可以是配置为相对于270度相位发送光电荷的部分。
图像传感器100可以包括半导体基板110，该半导体基板110包括彼此相反的第一表面110F和第二表面110B。半导体基板110可以包括：与第一表面110F相邻的阱区120和与第二表面110B相邻的分隔区112；光电转换区130，在阱区120和第二表面110B之间设置在半导体基板110中；第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154，彼此间隔开(“被隔离而不彼此直接接触”)并且每个从第一表面110F在半导体基板110的厚度方向(其是垂直于(“竖直于”)第一表面110F和第二表面110B中的至少一个表面的方向)上延伸，以穿过(“延伸经过”)阱区120的至少一部分；以及布线结构170，设置在半导体基板110的第一表面110F上。
半导体基板110可以包括例如硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)和磷化铟(InP)中的至少一种。在一些实施方式中，半导体基板110可以为第一导电类型(“可以与第一导电类型相关联”)。例如，第一导电类型可以是p型。
阱区120可以为例如第一导电类型。阱区120可以通过用第一导电类型的杂质掺杂半导体基板110来形成。例如，第一导电类型可以是p型。阱区120的杂质浓度可以具有比半导体基板110的除了阱区120之外的部分的杂质浓度高的值。
光电转换区域130可以为第二导电类型。例如，第二导电类型可以是n型。光电转换区域130可以配置有光电二极管(PD)。光电转换区域130可以被称为N型光电二极管(N-PD)。光电转换区域130可以在半导体基板110的厚度方向(即与第一表面110F和第二表面110B中的至少一个垂直的方向)上与第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154重叠。
第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154中的每个可以在半导体基板110的厚度方向上延伸以具有约50nm至约500nm的长度。在一些实施方式中，阱区120的厚度可以类似于第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154中的每个的延伸长度。在一些实施方式中，第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154可以在半导体基板110的厚度方向上延伸以完全穿过阱区120。
在一些示例实施方式中，半导体基板110可以包括解调区域122。阱区120可以包括解调区域122。阱区120的解调区域122可以是其中在光电转换区130中产生的光电荷移动经过第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154的区域。解调区域122可以包括阱区120的设置在彼此间隔开的第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154之间的部分，而且可以包括阱区120的与第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154相邻以围绕第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154的部分(例如，与第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154的彼此面对的每个侧表面相反的侧表面相邻的部分)。在一些示例实施方式中，解调区域122可以为第一导电类型。
用于使阱区120与第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154绝缘的多个传输栅极绝缘层(例如第一传输栅极绝缘层142和第二传输栅极绝缘层152)可以设置在第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154附近。第一垂直传输栅极144和围绕第一垂直传输栅极144的第一传输栅极绝缘层142可以被称为第一传输栅极结构140，并且第二垂直传输栅极154和围绕
第二垂直传输栅极154的第二传输栅极绝缘层152可以被称为第二传输栅极结构150。第一调制电压Vmod1和第二调制电压Vmod2可以分别连接到第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154。第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154可以分别配置第一传输晶体管TS1和第二传输晶体管TS2。
光电转换区域130可以在半导体基板110的厚度方向上与解调区域122重叠。此外，光电转换区域130可以在半导体基板110的厚度方向上与第一传输栅极结构140和第二传输栅极结构150两者重叠。光电转换区域130可以被提供为具有比解调区域122宽的宽度并可以与解调区域122重叠，因此，在光电转换区域130中产生的光电荷可以集中并可以传送到解调区域122。
如至少图5所示，栅极绝缘层160可以在半导体基板110的第一表面110F上。栅极绝缘层160可以覆盖第一表面110F的除了设置第一传输栅极结构140和第二传输栅极结构150的位置之外的整个区域，但是不限于此。
布线结构170可以设置在栅极绝缘层160上。布线结构170可以包括第一存储栅极(SG1)172、第二存储栅极(SG2)174、第一分接头传输栅极TGX1、第二分接头传输栅极TGX2、布线、接触插塞和层间绝缘层。这里，布线、接触插塞和层间绝缘层可以配置关联电路。
第一存储栅极(SG1)172可以在第一表面110F上，第二存储栅极(SG2)174可以在第一表面110F上。第一存储栅极(SG1)172可以挨着第一垂直传输栅极(TG1)144设置并且第一存储栅极(SG1)172可以在栅极绝缘层160上，使得如至少图4-图5所示，第一存储栅极(SG1)172可以与第一垂直传输栅极(TG1)相邻，第二存储栅极(SG2)174可以与第二垂直传输栅极(TG2)154相邻。第二存储栅极(SG2)174可以挨着第二垂直传输栅极(TG2)154设置并且第二存储栅极(SG2)174可以在栅极绝缘层160上。例如，在平面图中，第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154可以在平行于第一表面110F延伸的方向上彼此间隔开(“被隔离而不彼此直接接触”)而使解调区域122在其间，从而解调区域122被理解为在第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154之间，第一存储栅极(SG1)172可以设置在第一垂直传输栅极(TG1)144的一侧，第二存储栅极(SG2)174可以设置在第二垂直传输栅极(TG2)154的一侧。因此，在平面图中，第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154可以在第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174之间彼此间隔开设置。如至少图4所示，第一存储栅极(SG1)172可以在第一垂直传输栅极(TG1)144和第一浮置扩散区FD1之间。如至少图4所示，第二存储栅极(SG2)174可以在第二垂直传输栅极(TG2)154和第二浮置扩散区FD2之间。
第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174可以分别配置第一存储晶体管SS1和第二存储晶体管SS2，并且如图3所示，第一存储晶体管SS1可以连接到第一传输晶体管TS1而在其间没有另外的晶体管，第二存储晶体管SS2可以连接到第二传输晶体管TS2而在其间没有另外的晶体管。
与第一表面110F间隔开设置(例如，被隔离而不与第一表面110F直接接触)的阻挡杂质区176可以设置在半导体基板110中且在第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174上(例如，“在第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174下面”)。阻挡杂质区176可以为第一导电类型(“可以与第一导电类型相关联”)。
第一电荷存储区172I和第二电荷存储区174I可以设置在半导体基板110中且在第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174下面。例如，第一电荷存储区172I可以在与第一存储栅极(SG1)172垂直地重叠的位置设置在第一表面110F和阻挡杂质区176之间，并且第二电荷存储区174I可以在与第二存储栅极(SG2)174垂直重叠的位置设置在第一表面110F和阻挡杂质区176之间。第一电荷存储区172I和第二电荷存储区174I可以每个是临时电荷存储区，其临时存储光电转换区域130中产生的光电荷(在被传送到解调区域122之后且在被传送到浮置扩散区FD1和FD2之前)。
第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174可以设置在半导体基板110的第一表面110F上而使栅极绝缘层160在其间，例如，第一存储栅极(SG1)172的底表面172B可以在高度上高于半导体基板110的第一表面110F(例如相对于半导体基板110的第一表面110F远离第二表面110B)。此外，在平面图中，第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174中的每个的面积可以大于第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154中的每个的面积。例如，第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154中的每个可以具有垂直栅极结构，该垂直栅极结构设置在从半导体基板110的第一表面110F在半导体基板110的厚度方向上延伸的凹槽(未示出)中，因此在单位像素中，可以减小由第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154占据的面积，从而第一存储栅极(SG1)172和第二存储栅极(SG2)174的每个可以沿着平行于第一表面110F延伸的表面分别具有相对大的表面积SG1_A和SG2_A。例如，如图4所示，第一存储栅极(SG1)172的沿着平行于第一表面110F延伸的表面的表面积SG1_A可以大于第一垂直传输栅极(TG1)144的沿着平行于第一表面110F延伸的表面的表面积TG1_A。在另一示例中，如图4所示，第二存储栅极(SG2)174的沿着平行于第一表面110F延伸的表面的表面积SG2_A可以大于第二垂直传输栅极(TG2)154的沿着平行于第一表面110F延伸的表面的表面积TG2_A。
将理解，在这里被描述为在“另一个”元件“上”的元件可以在另一个元件“之上”或“之下”，并可以“直接”在另一个元件“上”从而直接接触该另一个元件，或者可以“间接地”在该另一个元件上从而通过一个或更多个居间结构和/或空间隔离而不与另一个元件直接接触。
第一分接头传输栅极TGX1可以在第一存储栅极(SG1)172的一侧设置在栅极绝缘层160上，使得第一分接头传输栅极TGX1在第一表面110F上。第一浮置扩散区FD1可以被包括在半导体基板110中并可以与第一表面110F相邻，如至少图5所示。如至少图4所示，第一分接头传输栅极TGX1可以与第一存储栅极(SG1)172相邻。第一浮置扩散区FD1可以设置在半导体基板110的阱区120中的与第一表面110F和第一分接头传输栅极TGX1相邻的位置。也就是，在平面图中，第一分接头传输栅极TGX1可以设置在第一浮置扩散区FD1和第一存储栅极(SG1)172之间。第一分接头传输栅极TGX1可以配置用于将暂时存储在第一存储栅极(SG1)172下面的第一电荷存储区172I中的光电荷传输到第一浮置扩散区FD1的第一分接头传输晶体管TXS1。重申地，图像传感器100可以包括第一分接头传输晶体管TXS1，其被配置为将存储在第一存储栅极(SG1)172上(例如，“下面”)的第一电荷存储区172I中的光电荷传输到第一浮置扩散区FD1，其中第一分接头传输晶体管TXS1包括第一分接头传输栅极TGX1。重申地，第一分接头传输栅极TGX1可以是第一分接头传输晶体管TXS1的晶体管栅极。
第二分接头传输栅极TGX2可以在第二存储栅极(SG2)174的一侧设置在栅极绝缘层160上，使得第二分接头传输栅极TGX2在第一表面110F上。如至少图4所示，第二分接头传输栅极TGX2可以与第二存储栅极(SG2)174相邻。第二浮置扩散区FD2可以被包括在半导体基板110中并可以与第一表面110F相邻，如至少图5所示。第二存储栅极(SG2)174可以在第二垂直传输栅极(TG2)154和第二浮置扩散区FD2之间。第二浮置扩散区FD2可以设置在半导体基板110的阱区120中的与第一表面110F和第二分接头传输栅极TGX2相邻的位置。也就是，在平面图中，第二分接头传输栅极TGX2可以设置在第二浮置扩散区FD2和第二存储栅极(SG2)174之间。第二分接头传输栅极TGX2可以配置第二分接头传输晶体管TXS2，其用于将暂时存储在第二存储栅极(SG2)174下面的第二电荷存储区174I中的光电荷传输到第二浮置扩散区FD2。
第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以分别连接到第一重置栅极RG1和第二重置栅极RG2。第一重置栅极RG1和第二重置栅极RG2可以分别配置第一重置晶体管RS1和第二重置晶体管RS2。第一重置晶体管RS1和第二重置晶体管RS2中的每个的漏极可以连接到Vdd电压。此外，第一源极跟随器晶体管SF1的源极和漏极可以分别连接到第一选择晶体管SEL1的源极和Vdd电压。第一输出电压Vout1可以输出到第一选择晶体管SEL1的漏极。第二源极跟随器晶体管SF2的源极和漏极可以分别连接到第二选择晶体管SEL2的源极和Vdd电压。第二输出电压Vout2可以输出到第二选择晶体管SEL2的漏极。第一源极跟随器晶体管SF1和第二源极跟随器晶体管SF2以及第一选择晶体管SEL1和第二选择晶体管SEL2中的每个的源极可以是由N+表示的区域。
如至少图4所示，溢出栅极OG可以设置在半导体基板110的第一表面110F上。溢出栅极OG可以配置溢出晶体管。溢出晶体管的源极可以连接到解调区域122的一侧，并且溢出晶体管的漏极可以连接到Vdd电压。溢出栅极OG可以被提供用于释放和去除溢出电荷。例如，图像传感器100可以基于全局快门方式读取并输出光信号。例如，全局快门方式可以使用同时重置图像传感器100的所有像素、累积光信号以及以行为单位顺序读取像素信息的方式。在读取和输出光信号的过程中可能由于不期望的外部光而发生溢出电荷，并且溢出电荷可以通过溢出栅极OG被释放和去除。
图像传感器100还可以包括设置在半导体基板110的第二表面110B上的微透镜186。半导体基板110的第二表面110B可以是光入射表面。负固定电荷层182和抗反射层184中的至少一个可以设置在半导体基板110的第二表面110B和微透镜186之间。在一些实施方式中，负固定电荷层182、抗反射层184和微透镜186可以堆叠并设置在半导体基板110的第二表面110B上。在一些实施方式中，负固定电荷层182可以直接接触半导体基板110的第二表面110B并可以覆盖半导体基板110的第二表面110B。在一些实施方式中，缓冲层或滤色器层(未示出)可以进一步设置在微透镜186和抗反射层184之间。负固定电荷层182可以包括例如高k电介质材料，诸如铪氧化物(HfOx)、铝氧化物(AlOx)或锆氧化物(ZrOx)。抗反射层184可以包括例如SiON、SiC、SiCN或SiCO。
通常，基于飞行时间(ToF)的图像传感器可以通过在每个像素上串行地布置包括光栅极、第一分接头传输栅极、存储栅极和第二分接头传输栅极的多个栅极来配置，用于实现精确的相关双采样(CDS)操作以最小化读取噪声。然而，难以减小由多个栅极占据的面积，并且由于此，难以使图像传感器的每个像素小型化。
然而，根据一些示例实施方式的图像传感器100可以包括第一垂直传输栅极144和第二垂直传输栅极154，第一存储栅极SG1和第一分接头传输栅极TGX1可以邻近第一垂直传输栅极144顺序地设置，第二存储栅极SG2和第二分接头传输栅极TGX2可以邻近第二垂直传输栅极154顺序地设置。如至少图4所示，第一分接头传输栅极TGX1可以在第一存储栅极(SG1)172和第一浮置扩散区FD1之间。如至少图4所示，第二分接头传输栅极TGX2可以在第二存储栅极(SG2)174和第二浮置扩散区FD2之间。因此，第一传输晶体管TS1的第一垂直传输栅极(TG1)144和第二传输晶体管TS2的第二垂直传输栅极(TG2)154可以提供得相对长，并且第一存储栅极SG1和第二存储栅极SG2中的每个的面积可以提供得相对大。因此，配置图像传感器100的每个像素可以被小型化，电荷存储容量可以增加，并且读取噪声可以被最小化。
图6是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的时序图。图7是根据一些示例实施方式的图像传感器的像素阵列的平面图。图8和图9是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的像素阵列的平面图。
参照图6，来自光源(图2中的22)的输出光和由3D对象(图2中的26)反射并由图像传感器(图3中的100)接收的反射光可以具有延迟时间Td。输出光可以是基于脉冲电压的脉冲光信号。在一些实施方式中，脉冲光信号可以具有约10MHz至约100MHz的频率。
施加到第一垂直传输栅极(图3的TG1)的第一调制电压Vmod1可以是与脉冲光信号同步的脉冲电压。施加到第二垂直传输栅极(图3的TG2)的第二调制电压Vmod2可以是与脉冲光信号具有相位差的脉冲电压。在一些实施方式中，相位差可以为约180度。
由于反射光的脉冲信号与第一垂直传输栅极TG1的脉冲电压重叠的时间T1与反射光的脉冲信号与第二垂直传输栅极TG2的脉冲电压重叠的时间T2之间的差T1-T2增大，测量的距离可以立刻示出。第一输出电压Vout1可以在反射光的脉冲信号与第一垂直传输栅极TG1的脉冲电压重叠的时间T1产生，并且第二输出电压Vout2可以在反射光的脉冲信号与第二垂直传输栅极TG2的脉冲电压重叠的时间T2产生。因此，第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2之间的差异可以通过例如2相算法分析，因此，可以确定图像传感器100和3D对象26之间的距离。第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2可以由多个反射光脉冲信号的总和以及单个反射光脉冲信号表示。
在一些实施方式中，4相算法可以分析第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2(其每个通过施加与脉冲光信号同步的脉冲电压和与脉冲光信号具有180度相位差的脉冲电压作为第一和第二调制电压Vmod1和Vmod2而获得)以及分析第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2(其每个通过施加与脉冲光信号具有90度相位差和270度相位差的脉冲电压作为第一和第二调制电压Vmod1和Vmod2而获得)，因此可以确定图像传感器100和3D对象26之间的距离。
参照图7和图8，具有0度相位的反射光和具有180度相位的反射光可以被收集在第一像素PIXEL1中，并且具有90度相位的反射光和具有270度相位的反射光可以收集在第三像素PIXEL3中。例如，第一像素PIXEL1的第一调制电压(图6的Vmod1)可以是与脉冲光信号同步的脉冲电压，第一像素PIXEL1的第二调制电压(图6的Vmod2)可以是与脉冲光信号具有180度相位差的脉冲电压。此外，第三像素PIXEL3的第一调制电压Vmod1可以是与脉冲光信号具有90度相位差的脉冲电压，第三像素PIXEL3的第二调制电压Vmod2可以是与脉冲光信号具有270度相位差的脉冲电压。在这种情况下，第一像素PIXEL1和第三像素PIXEL3中的每个的第一和第二输出电压(图6的Vout1和Vout2)可以通过4相算法分析，因此，可以确定图像传感器100和3D对象26之间的距离。同样地，像素阵列中的两个像素(诸如第二像素PIXEL2和第四像素PIXEL4)中的每个的第一和第二输出电压Vout1和Vout2可以通过4相算法分析，因此，可以确定图像传感器100和3D对象26的表面之间的距离。也就是，可以从两个像素获得一条距离信息。
参照图9，可以分析第一像素PIXEL1和第三像素PIXEL3中的每个的第一和第二输出电压Vout1和Vout2，并且可以分析另一个第一像素PIXEL1a和第三像素PIXEL3中的每个的第一和第二输出电压Vout1和Vout2，从而可以确定距离。也就是，第三像素PIXEL3的第一和第二输出电压Vout1和Vout2可以与第一像素PIXEL1的第一和第二输出电压Vout1和Vout2同时用于分析，并可以与另一个第一像素PIXEL1a的第一和第二输出电压Vout1和Vout2同时用于分析。此外，另一个第一像素PIXEL1a可以与另一个第三像素PIXEL3a一起用于分析以及与第三像素PIXEL3一起用于分析。同样地，第四像素PIXEL4可以与第二像素PIXEL2一起用于分析和与另一个第二像素PIXEL2a一起用于分析，并且另一个第二像素PIXEL2a可以与另一个第四像素PIXEL4a一起用于分析。
因此，考虑到整个像素阵列，可以从一个像素获得一条距离信息，因此，距离信息的分辨率可以提高。
图10是根据一些示例实施方式的图像传感器100A的对应于单位像素的等效电路图。图11是根据一些示例实施方式的图像传感器100A的单位像素的主要部分的平面图。图12是根据一些示例实施方式的图像传感器100A的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图10至图12，图像传感器100A可以具有1分接头像素结构。1分接头像素结构可以表示图像传感器100A的一个像素包括一个分接头的结构。图像传感器100A可以包括第一分接头部分TAP1，并且通过使用第一分接头部分TAP1，传输可以基于0度相位、90度相位、180度相位和270度相位中的每个来进行。
在平面图中，第一存储栅极SG1可以在第一垂直传输栅极(TG1)144的一侧，并且分接头传输栅极TGX可以设置在第一存储栅极SG1和浮置扩散区FD之间。浮置扩散区FD可以连接到复位栅极RG。复位栅极RG可以配置复位晶体管RS，并且复位晶体管RS的漏极可以连接到Vdd电压。此外，源极跟随器晶体管SF的源极和漏极可以分别连接到选择晶体管SEL的源极和Vdd电压。第一输出电压Vout可以输出到选择晶体管SEL的漏极。
杂质区178可以设置在阱区120中，该阱区120设置在第二垂直传输栅极(TG2)154的一侧。Vdd电压可以连接到杂质区178。例如，第二垂直传输栅极(TG2)154可以用作溢出栅极，用于释放和去除在读取和输出光信号的过程中由于不期望的外部光而发生的溢出电荷。
在根据一些示例实施方式的图像传感器100A中，传输晶体管TS1的栅极TG1和传输晶体管TS2的栅极TG2可以提供得相对长，并且第一存储栅极SG1的面积可以提供得相对大。因此，可以使配置图像传感器100A的每个像素小型化，并可以最小化读取噪声。
图13是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的时序图。图14是根据一些示例实施方式的图像传感器的像素阵列的平面图。图15是用于描述根据一些示例实施方式的用于距离测量的图像传感器的操作的像素阵列的平面图。
参照图13，来自光源(见图2)的输出光和由3D对象(图2中的26)反射并由图像传感器(图11的100A)接收的反射光可以具有延迟时间Td。输出光可以是基于脉冲电压的脉冲光信号。与脉冲光信号同步的脉冲电压、与脉冲光信号具有90度相位差的脉冲电压、与脉冲光信号具有180度相位差的脉冲电压、以及与脉冲光信号具有270度相位差的脉冲电压可以作为第一调制电压Vmod1顺序地施加到第一垂直传输栅极(图12的TG1)，因此反射光的脉冲信号与第一垂直传输栅极TG1的脉冲电压重叠的时间T3所产生的第一垂直电压Vout可以通过4相算法分析，从而可以确定图像传感器100A和3D对象26之间的距离。第一输出电压Vout可以由多个反射光脉冲信号的总和以及单个反射光脉冲信号表示。施加到第二垂直传输栅极(图11的TG2)的第二调制电压Vmod2可以是与第一调制电压Vmod1具有180度相位差的脉冲电压。
在一些实施方式中，与脉冲光信号同步的脉冲电压和与脉冲光信号具有180度相位差的脉冲电压可以作为第一调制电压Vmod1顺序地施加到第一垂直传输栅极TG1，因此，反射光的脉冲信号与第一垂直传输栅极TG1的脉冲电压重叠的时间T3所产生的第一输出电压Vout可以通过2相算法分析，从而可以确定图像传感器100A和3D对象26之间的距离。第一输出电压Vout可以由多个反射光脉冲信号的总和以及单个反射光脉冲信号表示。
参照图14和图15，具有0度相位的反射光可以在第一像素PIXEL1中收集，具有90度相位的反射光可以在第二像素PIXEL2中收集，具有180度相位的反射光可以在第三像素PIXEL3中收集，具有270度相位的反射光可以在第四像素PIXEL4中收集。在这种情况下，第一像素PIXEL1至第四像素PIXEL4中的每个的第一输出电压(图13的Vout)可以通过4相算法分析，因此可以确定图像传感器100A与3D对象26之间的距离。也就是，一条距离信息可以从四个像素获得。
尽管没有示出，但是类似于以上参照图9给出的描述，四个相邻像素(诸如PIXEL1、PIXEL2、PIXEL3和PIXEL4、或PIXEL1a(见图9)、PIXEL2a(见图9)、PIXEL3和PIXEL4)中的每个的第一输出电压(图13的Vout)可以通过4相算法分析，因此可以确定图像传感器100A和3D对象26之间的距离。也就是，一条距离信息可以从一个像素获得。
图16是根据一些示例实施方式的图像传感器100B的对应于单位像素的等效电路图。图17是根据一些示例实施方式的图像传感器100B的单位像素的主要部分的平面图。
参照图16和图17，图像传感器100B可以具有4分接头像素结构。图像传感器100B的一个像素可以包括第一分接头部分TAP1、第二分接头部分TAP2、第三分接头部分TAP3和第四分接头部分TAP4，并且通过使用第一至第四分接头部分TAP1至TAP4，传输可以基于0度相位、90度相位、180度相位和270度相位的所有相位进行。
解调区域122可以设置在彼此间隔开的第一垂直传输栅极TGA、第二垂直传输栅极TGB、第三垂直传输栅极TGC和第四垂直传输栅极TGD之间。第一分接头部分TAP1可以包括与第一垂直传输栅极TGA相邻设置的存储栅极SG、分接头传输栅极TGX、凹陷栅极RG、选择晶体管SEL和源极跟随器SF。传输栅极绝缘层TGI可以设置在第一垂直传输栅极TGA和阱区120(见图5)之间。第二至第四垂直传输栅极TGB、TGC和TGD以及与其相邻设置的存储栅极SG、分接头传输栅极TGX、凹陷栅极RG、选择晶体管SEL和源极跟随器SF可以被分别包括在第二分接头部分TAP2至第四分接头部分TAP4中。
在一些示例实施方式中，图像传感器100B可以具有4分接头像素结构，因此，通过执行感测一次，可以对0度相位、90度相位、180度相位和270度相位中的所有相位进行传输，从而图像传感器100B可以高速操作。此外，垂直传输栅极TGA、TGB、TGC和TGD可以提供得相对长，并且存储栅极SG的面积可以提供得相对大。因此，可以使配置图像传感器100B的每个像素小型化，并可以最小化读取噪声。
图18是根据一些示例实施方式的图像传感器100C的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图18，图像传感器100C还可以包括在半导体基板110的内部中的存储扩散区188，使得至少半导体基板110使存储扩散区188与第一表面110F和第二表面110B隔离，并且存储扩散区188设置在存储栅极SG1和SG2上(例如“下面”)以及在与半导体基板110的第一表面110F相邻的区域中，使得存储扩散区188在第一表面110F和阻挡杂质区176之间。如图18所示，阻挡杂质区176可以在半导体基板110的内部中，使得至少半导体基板110使阻挡杂质区176与第一表面110F和第二表面110B隔离。存储扩散区188可以为第二导电类型(“可以与第二导电类型相关联”)。第二导电类型可以与阻挡杂质区176相关联的第一导电类型不同。例如，第一导电类型可以是p型，第二导电类型可以是n型。例如，如图18所示，存储扩散区188可以设置为在半导体基板110的厚度方向上与阻挡杂质区176重叠。例如，存储扩散区188可以与阻挡杂质区176一起用作存储二极管的一部分。
例如，图像传感器100C可以基于全局快门方式读取并输出光信号。在这种情况下，可以同时重置图像传感器100C的所有像素，可以累积光信号，并可以以行为单位顺序读取像素信息。在存储栅极SG1和SG2处于光信号累积过程和像素信息读取过程之间的保持过程的情况下，存在当高电压Vsg1和Vsg2施加到存储栅极SG1和SG2时发生不期望的暗电流的问题。此外，当施加低电压以解决该问题时，会降低电荷存储容量。另一方面，在一些示例实施方式中，可以通过存储栅极SG1和SG2下面的存储扩散区188防止在保持模式中出现暗电流。因此，与施加到存储栅极SG1和SG2的电压Vsg1和Vsg2无关，都可以确保图像传感器100C的全阱容量。
图像传感器100C还可以包括在多个像素中的两个相邻的像素之间的隔离结构190。隔离结构190可以在从半导体基板110的第二表面110B到第一表面110F的方向上延伸并可以设置为围绕光电转换区域130。例如，隔离结构190可以包括绝缘材料诸如氧化物、氮化物或氮氧化物。在一些示例实施方式中，隔离结构190可以包括掩埋层190C和围绕掩埋层190C的侧壁的分隔绝缘层190I。例如，掩埋层190C可以包括多晶硅、金属、金属氮化物或氧化物诸如SiO2，并且分隔绝缘层190I可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。
图像传感器100C还可以包括多个凹凸结构192，其在从第二表面110B到半导体基板110的内部的方向上突出。所述多个凹凸结构192中的每个可以包括散射诱导层192C和围绕散射诱导层192C的侧壁和底表面的绝缘层192I。负固定电荷层182可以设置在第二表面110B上以覆盖所述多个凹凸结构192。例如，散射诱导层192C可以包括电介质材料、氧化物或氮化物，每个具有与基板的折射率不同的折射率。在与所述多个凹凸结构192不同的另一结构以及形成该另一结构的方法中，绝缘层192I可以包括与负固定电荷层182的材料相同的材料，并且绝缘层192I和负固定电荷层182可以在形成沟槽之后同时形成，而且可以通过填充散射诱导层192C来形成。
图19是根据一些示例实施方式的图像传感器100D的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图19，图像传感器100D可以包括第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154，其每个在从阱区120到半导体基板110的第二表面110B的方向上延伸得相对长。第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154之间的解调区域122可以是p型杂质区。解调区域122可以在半导体基板110的厚度方向上延伸，遍及第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154的总长度。
在根据一些示例实施方式的图像传感器100D中，第一垂直传输栅极(TG1)144和第二垂直传输栅极(TG2)154可以提供得相对长，并且存储栅极SG1和SG2的每个的面积可以提供得相对大。因此，可以使配置图像传感器100D的每个像素小型化，并可以最小化读取噪声。
图20是根据一些示例实施方式的图像传感器100E的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图20，图像传感器100E还可以包括在多个像素中的两个相邻的像素之间的隔离结构190A。隔离结构190A可以在从半导体基板110的第一表面110F到第二表面110B的方向上延伸遍及半导体基板110的总长度。隔离结构190A可以穿过半导体基板110并可以使一个像素与相邻的像素电隔离和物理地分离。隔离结构190A可以包括掩埋层190C和围绕掩埋层190C的侧壁的分隔绝缘层190I。掩埋层190C和分隔绝缘层190I可以在从半导体基板110的第一表面110F到第二表面110B的方向上延伸。在一些示例实施方式中，掩埋层190C可以包括多晶硅、金属或金属氮化物，并且分隔隔离层190I可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。
隔离结构190A可以包括包含绝缘材料的掩埋层190C以及围绕掩埋层190C的侧壁并包括高k电介质材料的分隔绝缘层190I。
图21是根据一些示例实施方式的图像传感器100F的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图21，图像传感器100F可以包括第一阻挡杂质区176A和第二阻挡杂质区176B，它们在半导体基板110的厚度方向(例如垂直于第一表面110F和第二表面110B中的至少一个延伸的方向)上彼此间隔开(“被隔离而不彼此直接接触”)，在多个存储栅极SG1和SG2下面的半导体基板110中。光屏蔽区194可以设置在第一阻挡杂质区176A和第二阻挡杂质区176B之间。例如，光屏蔽区194可以包括绝缘材料诸如硅氧化物。例如，光屏蔽区194可以是氧离子以高浓度***其中的区域。光屏蔽区194可以防止由于不期望的外部光而在第一阻挡杂质区176A和存储扩散区188中发生光电荷。
图22是根据一些示例实施方式的图像传感器100G的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图22，图像传感器100G还可以包括设置在负固定电荷层182上的偏振区域196。例如，偏振区域196可以具有0度偏振分量、45度偏振分量、90度偏振分量和135度偏振分量，并且具有0、45、90和135度偏振分量的偏振区域196可以设置在以2×2阵列布置的四个像素中。关于目标对象的深度信息可以通过图像传感器100G的像素检测，并且关于目标对象的表面形状信息可以通过偏振区域196进一步检测。
在一些示例实施方式中，偏振区域196可以包括重复设置的多个凹凸结构。例如，偏振区域196可以包括包含金属材料或电介质材料的多个凹凸结构，但是不限于此。尽管没有示出，但是所述多个凹凸结构中的每个可以被提供为包括通过去除半导体基板110的第二表面110B的一部分而形成的多个凹陷(未示出)以及被填充到所述多个凹陷中并具有与半导体基板110的折射率不同的折射率的掩埋层(未示出)的结构。
图23是根据一些示例实施方式的图像传感器100H的对应于单位像素的等效电路图。图24是根据一些示例实施方式的图像传感器100H的单位像素的主要部分的平面图。图25是根据一些示例实施方式的图像传感器100H的单位像素的主要部分的剖视图。
参照图23至图25，图像传感器100H可以具有4分接头像素结构。图像传感器100H的一个像素可以包括第一分接头部分TAP1、第二分接头部分TAP2、第三分接头部分TAP3和第四分接头部分TAP4，并且通过使用第一分接头部分TAP1至第四分接头部分TAP4，可以基于0度相位、90度相位、180度相位和270度相位中的所有相位进行传输。
图像传感器100H可以包括至少一个垂直传输栅极TG、至少一个存储栅SG和至少一个垂直溢出栅极OG。在平面图中，第一至第四垂直传输栅极TGA、TGB、TGC和TGD可以彼此间隔开设置而使解调区域122在其间。例如，中间分接头传输栅极TGY(例如第三分接头传输栅极)可以与第一垂直传输栅极TGA的与解调区域122相反的侧壁相邻地设置，并且垂直存储栅极SG(例如第一存储栅极)可以设置在中间分接头传输栅极TGY的一侧，使得，如至少图24所示，中间分接头传输栅极TGY在第一表面110F上并在垂直存储栅极SG和第一垂直传输栅极TGA之间。在另一示例中，单独的中间分接头传输栅极TGY(例如第四分接头传输栅极)可以与第二垂直传输栅极TGB的与解调区域122相反的侧壁相邻地设置，并且单独的垂直存储栅极SG(例如第二存储栅极)可以设置在单独的中间分接头传输栅极TGY的一侧，使得，如至少图24所示，单独的中间分接头传输栅极TGY在第一表面110F上并在单独的垂直存储栅极SG和第二垂直传输栅极TGB之间。垂直存储栅极SG(例如第一存储栅极和第二存储栅极)可以在从半导体基板110的第一表面110F朝向第二表面110B的方向上延伸，并且存储栅极绝缘层SG1可以围绕垂直存储栅极SG的侧壁和底表面。重申地，并且如图25所示，存储栅极SG(例如第一存储栅极)可以在半导体基板110的厚度方向上从第一表面110F延伸，以延伸穿过阱区120的至少一部分。另一个存储栅极SG(例如第二存储栅极)可以在半导体基板110的厚度方向上从第一表面110F延伸，以延伸穿过阱区120的至少一部分。
与垂直存储栅极SG的侧壁和底表面中的每个的形状一致并与垂直存储栅极SG间隔开设置的阻挡杂质区176可以设置在阱区120中。重申地，并且如图25所示，半导体基板110可以包括在第一存储栅极(例如存储栅极SG)上的阻挡杂质区176，并可以被隔离而不与第一存储栅极的侧壁和底表面(例如侧壁SG_W和底表面SG_B)直接接触。电荷存储区172I可以设置在阻挡杂质区176和垂直存储栅极SG之间的肼区120中。电荷存储区172I可以是临时电荷存储区，其在被传送到解调区域122之后且在被传送到浮置扩散区FD之前临时存储在光电转换区域130中产生的光电荷。分接头传输栅极TGX可以设置在垂直存储栅极SG和浮置扩散区FD之间。如图23所示，传输晶体管TSA、中间分接头传输晶体管TYS1、存储晶体管SS1和分接头传输晶体管TXS1可以顺序地设置并可以延伸到浮置扩散区FD。
垂直溢出栅极OG可以设置在解调区域122的一侧且在第一垂直传输栅极TGA和第二垂直传输栅极TGB之间。垂直溢出栅极OG可以在从半导体基板110的第一表面110F到第二表面110B的方向上延伸，并且溢出栅极绝缘层OGI可以围绕垂直溢出栅极OG的侧壁和底表面。垂直溢出栅极OG可以被提供为具有与垂直存储栅极SG的长度类似的长度，但是不限于此。
根据一些示例实施方式的图像传感器100H可以包括第一至第四垂直传输栅极TGA、TGB、TGC和TGD、垂直存储栅极SG和垂直溢出栅极OG，并且第一至第四垂直传输栅极TGA、TGB、TGC和TGD、垂直存储栅极SG和垂直溢出栅极OG中的每个的长度可以设置得相对长。因此，配置图像传感器100H的每个像素可以小型化，电荷存储容量可以增加，并且读取噪声可以最小化。
尽管已经参照本发明构思的实施方式具体示出和描述了本发明构思，但是将理解，在不脱离权利要求书的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。
本申请要求于2018年12月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0156276号的权益，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
半导体基板，包括第一表面和第二表面，所述半导体基板还包括阱区和第一浮置扩散区，所述阱区和所述第一浮置扩散区中的每个与所述第一表面相邻；
第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极，被隔离而不彼此直接接触，所述第一垂直传输栅极和所述第二垂直传输栅极的每个从所述半导体基板的所述第一表面且在所述半导体基板的厚度方向上延伸穿过所述阱区的至少一部分，所述厚度方向垂直于所述第一表面和所述第二表面中的至少一个；
第一存储栅极，在所述第一垂直传输栅极和所述第一浮置扩散区之间，所述第一存储栅极在所述半导体基板的所述第一表面上；以及
第一分接头传输栅极，在所述第一存储栅极与所述第一浮置扩散区之间，所述第一分接头传输栅极在所述半导体基板的所述第一表面上。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述第一分接头传输栅极是第一分接头传输晶体管的晶体管栅极，并且
所述第一分接头传输晶体管配置为将存储在所述第一存储栅极上的第一电荷存储区中的光电荷传送到所述第一浮置扩散区。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述半导体基板还包括第二浮置扩散区，所述第二浮置扩散区与所述第一表面相邻，并且
所述图像传感器还包括
第二存储栅极，在所述第二垂直传输栅极和所述第二浮置扩散区之间，所述第二存储栅极在所述半导体基板的所述第一表面上，以及
第二分接头传输栅极，在所述第二存储栅极与所述第二浮置扩散区之间，所述第二分接头传输栅极在所述半导体基板的所述第一表面上。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
在所述半导体基板的所述第一表面上的栅极绝缘层，
其中
所述第一存储栅极在所述栅极绝缘层上，并且
所述第一存储栅极的底表面相对于所述半导体基板的所述第一表面远离所述半导体基板的所述第二表面。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一存储栅极沿着与所述半导体基板的所述第一表面平行的表面的表面积大于所述第一垂直传输栅极的沿着与所述半导体基板的所述第一表面平行的表面的表面积。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述半导体基板包括
解调区域，在与所述半导体基板的所述第一表面平行的方向上在所述第一垂直传输栅极和所述第二垂直传输栅极之间；和
阻挡杂质区，在所述第一存储栅极上，在所述半导体基板的内部中并被隔离而不与所述半导体基板的所述第一表面直接接触，所述阻挡杂质区与所述第一导电类型相关联。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括：
在所述半导体基板的所述第一表面上的溢出栅极，所述溢出栅极连接到所述解调区域的一侧。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述半导体基板还包括在所述半导体基板的所述第一表面和所述阻挡杂质区之间的存储扩散区，所述存储扩散区与第二导电类型相关，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中
所述阻挡杂质区包括第一阻挡杂质区和第二阻挡杂质区，所述第一阻挡杂质区和所述第二阻挡杂质区在所述半导体基板的所述厚度方向上隔离而不彼此直接接触，并且
所述图像传感器还包括在所述第一阻挡杂质区和所述第二阻挡杂质区之间的光屏蔽区。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一存储栅极从所述半导体基板的所述第一表面在所述半导体基板的所述厚度方向上延伸，以延伸穿过所述阱区的至少一部分。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述半导体基板还包括阻挡杂质区，该阻挡杂质区在所述第一存储栅极上并被隔离而不与所述第一存储栅极的侧壁和底表面直接接触，所述阻挡杂质区与第一导电类型相关联。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，还包括：
第三分接头传输栅极，在所述第一存储栅极和所述第一垂直传输栅极之间以及在所述半导体基板的所述第一表面上。
13.一种图像传感器，包括：
半导体基板，包括第一表面和第二表面，所述半导体基板还包括解调区域；
第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极，被隔离而不彼此直接接触，所述解调区域在所述第一垂直传输栅极和所述第二垂直传输栅极之间，所述第一垂直传输栅极和所述第二垂直传输栅极的每个在所述半导体基板的厚度方向上从所述半导体基板的所述第一表面延伸，所述厚度方向垂直于所述第一表面和所述第二表面中的至少一个；
第一存储栅极和第二存储栅极，在所述半导体基板的所述第一表面上，所述第一存储栅极与所述第一垂直传输栅极相邻，所述第二存储栅极与所述第二垂直传输栅极相邻；以及
第一分接头传输栅极和第二分接头传输栅极，在所述半导体基板的所述第一表面上，所述第一分接头传输栅极与所述第一存储栅极相邻，所述第二分接头传输栅极与所述第二存储栅极相邻。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中
所述半导体基板还包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，每个与所述第一半导体基板的所述第一表面相邻，
所述第一分接头传输栅极在所述第一浮置扩散区和所述第一存储栅极之间，并且
所述第二分接头传输栅极在所述第二浮置扩散区和所述第二存储栅极之间。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中
所述第一存储栅极的沿着与所述半导体基板的所述第一表面平行的表面的表面积大于所述第一垂直传输栅极的沿着与所述半导体基板的所述第一表面平行的表面的表面积，并且
所述第二存储栅极的沿着与所述半导体基板的所述第一表面平行的表面的表面积大于所述第二垂直传输栅极的沿着与所述半导体基板的所述第一表面平行的表面的表面积。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，其中
所述半导体基板还包括阱区，所述阱区与所述第一表面相邻，并且
所述图像传感器还包括
第三分接头传输栅极，在所述第一存储栅极和所述第一垂直传输栅极之间以及在所述半导体基板的所述第一表面上，和
第四分接头传输栅极，在所述第二存储栅极和所述第二垂直传输栅极之间以及在所述半导体基板的所述第一表面上，
其中所述第一存储栅极和所述第二存储栅极从所述半导体基板的所述第一表面在所述半导体基板的所述厚度方向上延伸，以延伸穿过所述阱区的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中所述半导体基板还包括阻挡杂质区，该阻挡杂质区在所述第一存储栅极上并被隔离而不与所述第一存储栅极的侧壁和底表面直接接触，所述阻挡杂质区与第一导电类型相关联。
18.一种图像传感器，包括：
半导体基板，包括第一表面和第二表面，所述半导体基板还包括解调区域和第一浮置扩散区，所述半导体基板与第一导电类型相关联；
第一垂直传输栅极和第二垂直传输栅极，被隔离而不彼此直接接触，所述解调区域在所述第一垂直传输栅极和所述第二垂直传输栅极之间，所述第一垂直传输栅极和所述第二垂直传输栅极的每个在所述半导体基板的厚度方向上从所述半导体基板的所述第一表面延伸，所述厚度方向垂直于所述第一表面和所述第二表面中的至少一个；
第一存储栅极，在所述第一垂直传输栅极和所述第一浮置扩散区之间，所述第一存储栅极在所述半导体基板的所述第一表面上；
第一分接头传输栅极，在所述第一存储栅极与所述第一浮置扩散区之间，所述第一分接头传输栅极在所述半导体基板的所述第一表面上；以及
存储扩散区，在所述半导体基板的内部中，所述存储扩散区在所述第一存储栅极上，所述存储扩散区与第二导电类型相关联，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，还包括：
阻挡杂质区，在所述半导体基板的内部中，所述阻挡杂质区在所述第一存储栅极上，所述阻挡杂质区与所述第一导电类型相关联，所述阻挡杂质区与所述存储扩散区相邻。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述阻挡杂质区在所述半导体基板的所述厚度方向上与所述第一存储栅极重叠。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111933651A (zh) * 2020-08-13 2020-11-13 锐芯微电子股份有限公司 图像传感器的像素结构及其形成方法
CN112637512A (zh) * 2020-12-14 2021-04-09 联合微电子中心有限责任公司 全局快门图像传感器、控制方法及摄像装置
CN114690156A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种飞行时间传感单元、传感器及其解调方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111183522B (zh) * 2017-10-03 2023-11-17 索尼半导体解决方案公司 固态摄像元件、固态摄像元件的制造方法以及电子设备
CN111201783B (zh) * 2017-10-19 2022-09-16 索尼公司 成像装置和方法以及图像处理装置和方法
KR102651130B1 (ko) * 2018-12-06 2024-03-26 삼성전자주식회사 거리 측정을 위한 이미지 센서
KR20200108133A (ko) * 2019-03-06 2020-09-17 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미징 장치
US11742370B2 (en) * 2020-05-27 2023-08-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Time-of-flight pixel with vertical photogates
KR20220061351A (ko) * 2020-11-06 2022-05-13 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센싱 장치
US11588982B2 (en) * 2020-12-23 2023-02-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Depth image sensor with always-depleted photodiodes
US11509848B2 (en) * 2021-01-11 2022-11-22 Microsoft Technology Licensing, Llc Photodiode assembly
EP4152045A1 (en) * 2021-09-16 2023-03-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor for measuring distance and camera module including the same
JP2024083834A (ja) * 2022-12-12 2024-06-24 Ｔｏｐｐａｎホールディングス株式会社 距離画像撮像素子、距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140225173A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Seoung-Hyun Kim Depth pixel included in three-dimensional image sensor, three-dimensional image sensor including the same and method of operating depth pixel included in three-dimensional image sensor
US20150372034A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High dielectric constant structure for the vertical transfer gates of a complementary metal-oxide semiconductor (cmos) image sensor
CN105474394A (zh) * 2013-08-28 2016-04-06 索尼公司 固态成像装置及其制造方法和电子设备
CN105529342A (zh) * 2014-10-16 2016-04-27 三星电子株式会社 图像传感器的像素和包括该像素的图像传感器
CN108604592A (zh) * 2016-02-09 2018-09-28 索尼公司 半导体装置、半导体装置的制造方法、固态成像装置以及电子设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7153719B2 (en) 2004-08-24 2006-12-26 Micron Technology, Inc. Method of fabricating a storage gate pixel design
KR101448152B1 (ko) 2008-03-26 2014-10-07 삼성전자주식회사 수직 포토게이트를 구비한 거리측정 센서 및 그를 구비한입체 컬러 이미지 센서
KR101845257B1 (ko) * 2011-02-07 2018-04-04 삼성전자주식회사 이미지 센서
US9356061B2 (en) 2013-08-05 2016-05-31 Apple Inc. Image sensor with buried light shield and vertical gate
JP2015095468A (ja) 2013-11-08 2015-05-18 ソニー株式会社 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法、並びに電子機器
DE102014113037B4 (de) 2014-09-10 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Bildgebende Schaltungen und ein Verfahren zum Betrieb einer bildgebenden Schaltung
KR101828760B1 (ko) 2015-02-09 2018-02-12 에스프로스 포토닉스 아게 Ｔｏｆ 거리 센서
DE102016223568B3 (de) 2016-10-14 2018-04-26 Infineon Technologies Ag Optische Sensoreinrichtung mit tiefen und flachen Steuerelektroden
US9859311B1 (en) 2016-11-28 2018-01-02 Omnivision Technologies, Inc. Storage gate protection
KR102432861B1 (ko) 2017-06-15 2022-08-16 삼성전자주식회사 거리 측정을 위한 이미지 센서
KR102651130B1 (ko) * 2018-12-06 2024-03-26 삼성전자주식회사 거리 측정을 위한 이미지 센서

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140225173A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Seoung-Hyun Kim Depth pixel included in three-dimensional image sensor, three-dimensional image sensor including the same and method of operating depth pixel included in three-dimensional image sensor
CN105474394A (zh) * 2013-08-28 2016-04-06 索尼公司 固态成像装置及其制造方法和电子设备
US20150372034A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High dielectric constant structure for the vertical transfer gates of a complementary metal-oxide semiconductor (cmos) image sensor
CN105529342A (zh) * 2014-10-16 2016-04-27 三星电子株式会社 图像传感器的像素和包括该像素的图像传感器
CN108604592A (zh) * 2016-02-09 2018-09-28 索尼公司 半导体装置、半导体装置的制造方法、固态成像装置以及电子设备

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111933651A (zh) * 2020-08-13 2020-11-13 锐芯微电子股份有限公司 图像传感器的像素结构及其形成方法
CN111933651B (zh) * 2020-08-13 2024-01-30 锐芯微电子股份有限公司 图像传感器的像素结构及其形成方法
CN112637512A (zh) * 2020-12-14 2021-04-09 联合微电子中心有限责任公司 全局快门图像传感器、控制方法及摄像装置
CN112637512B (zh) * 2020-12-14 2022-08-09 联合微电子中心有限责任公司 全局快门图像传感器、控制方法及摄像装置
CN114690156A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种飞行时间传感单元、传感器及其解调方法
CN114690156B (zh) * 2020-12-31 2022-12-20 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种飞行时间传感单元、传感器及其解调方法

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