CN105336754B - 图像像素、图像传感器和图像处理系统 - Google Patents

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Abstract

图像像素包括在半导体衬底中形成的多个光电二极管和多个沟槽。每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷。多个沟槽被配置为将光电二极管彼此电隔离。

Description

图像像素、图像传感器和图像处理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年8月5日向韩国知识产权局提交的第10-2014-0100230号韩国专利申请的权益，其公开通过引用并入整体本文。
技术领域
本发明构思的示例性实施例涉及图像像素、包括图像像素的图像传感器和包括图像传感器的图像处理系统，而且更具体地，涉及能够通过防止或减少光电二极管之间的串扰来增加显示的图像的质量的图像像素、包括图像像素的图像传感器和包括图像传感器的图像处理系统。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是使用互补金属氧化物半导体的固态传感设备。与电荷耦合器件(CCD)图像传感器相比，CMOS图像传感器具有更低的制造成本。此外，与具有高电压模拟电路的CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器具有更小的尺寸并且因此消耗更少的电力。此外，CMOS图像传感器的性能最近已经得到改善。结果，CMOS图像传感器经常用于各种电子设备，包括便携式设备，诸如例如，智能电话和数码相机。
包括在CMOS图像传感器中的像素阵列可以包括每个像素中的光电转换元件。光电转换元件生成基于入射光的量而变化的电信号。CMOS图像传感器处理电信号以合成图像。随着近来高清晰度图像的普及，包括在CMOS图像传感器中的像素变得小得多。当像素变得更小时，入射光可能无法被正确检测，或者噪声可能由于高度集成元件之间的干扰而发生。
发明内容
根据本发明构思的示例性实施例，图像像素包括在半导体衬底中形成的多个光电二极管。每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷。图像像素还包括多个沟槽，其被配置为将光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，图像像素还包括在半导体衬底的第一表面上形成的布线层。微镜头被布置在与第一表面相对的半导体衬底的第二表面上，而且光电二极管被布置在布线层和微镜头之间。对由光电二极管生成的多个像素信号执行操作，以获得与自动对焦操作有关的信息。
在示例性实施例中，沟槽包括使用深沟槽隔离(DTI)过程形成的DTI沟槽。DTI沟槽被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，DTI沟槽沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成。
在示例性实施例中，DTI沟槽沿着半导体衬底的垂直长度的一部分来形成。垂直长度的一部分小于整个垂直长度。
在示例性实施例中，DTI沟槽使用后沟槽过程来形成。
在示例性实施例中，DTI沟槽使用前沟槽过程来形成。
在示例性实施例中，沟槽包括使用深沟槽隔离(DTI)过程形成的DTI沟槽。DTI沟槽被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，DTI沟槽沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成。
在示例性实施例中，DTI沟槽沿着半导体衬底的垂直长度的一部分来形成。垂直长度的一部分小于整个垂直长度。
在示例性实施例中，DTI沟槽使用后沟槽过程来形成。
在示例性实施例中，DTI沟槽使用前沟槽过程来形成。
根据本发明构思的示例性实施例，图像像素包括在半导体衬底中形成的多个光电二极管。每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷。光电二极管通过多个沟槽彼此电隔离。使用光电荷生成多个像素信号。
在示例性实施例中，图像传感器还包括在半导体衬底的第一表面上形成的布线层。微镜头被布置在与第一表面相对的半导体衬底的第二表面上，而且光电二极管被布置在布线层和微镜头之间。对由光电二极管生成的像素信号执行操作，以获得与自动对焦操作有关的信息。
在示例性实施例中，沟槽包括使用深沟槽隔离(DTI)过程形成的DTI沟槽。DTI沟槽被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，DTI沟槽沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成，或者DTI沟槽沿着小于整个垂直长度的半导体衬底的垂直长度的一部分来形成。
在示例性实施例中，DTI沟槽使用后沟槽过程和前沟槽过程之一来形成。
在示例性实施例中，沟槽包括使用深沟槽隔离(DTI)过程形成的DTI沟槽。DTI沟槽被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，DTI沟槽沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成，或者DTI沟槽沿着小于整个垂直长度的半导体衬底的垂直长度的一部分来形成。
在示例性实施例中，DTI沟槽使用后沟槽过程和前沟槽过程之一来形成。
根据本发明构思的示例性实施例，图像传感器包括：像素阵列，包括多个图像像素；读出块，被配置为将每个图像像素的像素信号转换为数字像素信号并且放大数字像素信号；以及控制块，被配置为控制像素阵列和读出块。图像像素包括在半导体衬底中形成的多个光电二极管。每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷。图像像素还包括多个沟槽，被配置为将光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，图像传感器还包括在半导体衬底的第一表面上形成的布线层。微镜头被布置在与第一表面相对的半导体衬底的第二表面上，而且光电二极管被布置在布线层和微镜头之间。对由光电二极管生成的多个像素信号执行操作，以获得与自动对焦操作有关的信息。
在示例性实施例中，沟槽包括第一深沟槽隔离(DTI)沟槽，其使用DTI过程形成并且被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离；以及第二DTI沟槽，其使用DTI过程形成并且被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管彼此电隔离。
在示例性实施例中，第一DTI沟槽和第二DTI沟槽中的每一个沿着半导体衬底的整个垂直长度，或者沿着小于整个垂直长度的半导体衬底的垂直长度的一部分来形成。
在示例性实施例中，第一DTI沟槽和第二DTI沟槽中的每一个使用后沟槽过程和前沟槽过程之一来形成。
根据本发明构思的示例性实施例，图像处理系统包括图像传感器和图像处理器。图像传感器包括：像素阵列，包括多个图像像素；读出块，被配置为将每个图像像素的像素信号转换为数字像素信号并且放大数字像素信号；以及控制块，被配置为控制像素阵列和读出块。图像处理器被配置为从数字像素信号提取与自动对焦有关的信息。每个图像像素包括多个光电二极管，每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷，而且每个图像像素还包括多个沟槽，被配置为将光电二极管彼此电隔离。
根据本发明构思的示例性实施例，图像像素包括在半导体衬底中形成的多个光电二极管，第一沟槽和第二沟槽。每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷。第一沟槽被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离。第二沟槽被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管电隔离。
在示例性实施例中，第一沟槽沿垂直方向从半导体衬底的最上表面延伸到半导体衬底的最下表面、第一沟槽沿垂直方向从最上表面延伸并且没有完全延伸到最下表面、或者第一沟槽沿垂直方向从最下表面延伸并且没有完全延伸到最上表面。
在示例性实施例中，第二沟槽沿垂直方向从半导体衬底的最上表面延伸到半导体衬底的最下表面、第二沟槽沿垂直方向从最上表面延伸并且没有完全延伸到最下表面、或者第二沟槽沿垂直方向从最下表面延伸并且没有完全延伸到最上表面。
在示例性实施例中，第一沟槽和第二沟槽中的每一个是使用深沟槽隔离(DTI)沟槽形成的DTI沟槽。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上和其他特征将变得更加明显，在附图中：
图1是根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的图像处理系统的框图。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的、图1所示的像素阵列的例子的图。
图3是根据本发明构思的示例性实施例的、图1所示的像素阵列的例子的图。
图4是根据本发明构思的示例性实施例的、图1所示的像素阵列的例子的图。
图5是根据本发明构思的示例性实施例的在图2和图3中示出的像素的例子的图。
图6是根据本发明构思的示例性实施例的在图4中示出的像素的例子的图。
图7至图21是根据本发明构思的示例性实施例的在图2至图4中所示的第一像素的截面图。
图22是根据本发明构思的比较示例中的第一像素的截面的图。
图23是包括根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的电子系统的框图。
图24是包括根据本发明构思的示例性实施例的图1中所示的图像传感器的电子系统的框图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明构思的示例性实施例。在附图中，为了清晰，层和区域的大小和相对大小可以被夸大。相似的参考标记始终表示相似的元件
将理解的是，当一个元件或层被称为“连接”或“耦接”到另一元件或层时，它可以直接连接或耦接到其他元件或层，或者也可以存在居间的元件或层。
将理解的是，虽然这里使用术语第一、第二等描述各种元件，但是这些元件将不由这些术语限制。这些术语用于将一个元件与其它元件区分开。例如，第一信号可以被称为第二信号，而且类似地，第二信号可以被称为第一信号而不偏离本公开的教导。
如这里使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文明确地给出相反指示。
如这里使用的，当元件或层被描述为彼此相邻时，元件或层可以直接彼此相邻或者可以存在居间的元件或层。此外，当两个或更多个元件或值被描述为基本上相同或彼此相等时，将理解的是，这些元件或值彼此相同、彼此难以区分、或彼此能够区分但是在功能上彼此相同，如本领域普通技术人员所理解的。
图1是根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器100的图像处理系统10的框图。图像处理系统10可以包括图像传感器100、数字信号处理器(DSP)200、显示单元300和镜头500。图像传感器100可以包括镜头500、像素阵列110、控制单元150和读出块190。
像素阵列110可以包括多个像素(例如，图2中所示的像素120-1A)，每个像素累积响应于穿过镜头500的对象350的光而生成的光电荷，并且生成与光电荷相对应的像素信号。像素可以被布置在“n”行和“m”列的矩阵中，其中“n”和“m”是至少为1的整数。
每个像素包括多个晶体管和光电转换元件(例如，图2中所示的元件B1和B2)。光电转换元件可以是，例如，光电二极管或钉扎光电二极管。像素阵列110使用多个光电转换元件感测光，并且将光转换成电信号，从而生成像素信号。当像素(例如，图2中所示的像素120-1A)包括多个光电二极管(例如，图2中所示的光电二极管B1和B2)时，像素信号可以包括分别对应于光电二极管的多个子像素信号。就像素生成与所捕获的图像相对应的信号而言，像素可以被称为图像像素。
控制单元150可以生成并提供用于控制像素阵列110和读出块190的操作的多个控制信号。控制单元150可以包括，例如，行驱动器160、列驱动器165、定时生成器170和控制寄存器块180。
行驱动器160以行为单位驱动像素阵列110。例如，一行中的像素可以被提供有相同的控制信号(例如，图5中示出的控制信号TG1、TG2、RG和SEL)。行驱动器160可以解码从定时发生器170输出的控制信号，并提供控制信号到像素阵列110。
列驱动器165可以根据定时发生器170的控制生成多个控制信号，并且可以控制读出块190的操作。
定时发生器170可以将控制信号或时钟信号施加到行驱动器160和列驱动器165，以控制行驱动器160和列驱动器165的操作或定时。定时生成器170可以使用例如，从外部装置(例如，主机)接收到的控制信号和时钟信号，来生成要被施加到行驱动器160和列驱动器165的控制信号或时钟信号。
控制寄存器块180根据相机控制单元210的控制来操作，并且可以存储或缓冲控制信号和时钟信号。控制寄存器块180可以控制图像传感器100的镜头500、像素阵列110、控制单元150和读出块190的操作。控制寄存器块180可以根据图像信号处理器(ISP)220的自动对焦信息来控制镜头500和像素阵列110之间的距离，这将在下面进一步描述。控制寄存器块180可以控制读出块190的切换操作，以允许读出块190得到第一子像素信号和第二子像素信号的总和，这将在下面进一步描述，或者得到第一子像素信号和第二子像素信号之间的差。
读出块190可以从由每个像素生成的像素信号去除噪声(例如，复位噪声)，并且可以对像素信号执行模数转换。读出块190可以临时存储然后放大经模数转换的数字像素信号DPS。读出块190可以包括去除噪声并且执行模数转换的模数转换器(ADC)、暂时存储数字像素信号DPS的存储器(例如，静态随机存取存储器(SRAM))、和放大并且输出数字像素信号DPS的缓冲器。ADC可以对像素信号中包含的子像素信号执行操作(例如，加法或减法操作)。
DSP 200可以通过处理从图像传感器100输出的数字像素信号DPS来生成图像数据，并且可以将图像数据输出到显示单元300。DSP 200可以包括相机控制单元210、ISP220、和个人计算机接口(PC I/F)230。
相机控制单元210控制控制寄存器块180。相机控制单元210可以使用例如内部集成电路(I2C)来控制控制寄存器块180。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此。
ISP 220处理从读出块190输出的数字像素信号DPS以便将数字像素信号DPS转换成用户可视的图像数据，并且通过PC I/F 230将图像数据输出到显示单元300。ISP 220可以对分别与单个像素信号中包括子像素信相对应的数字像素信号DPS的各部分执行操作(例如，加法或减法操作)。根据示例性实施例，ISP 220可以被实现在与图像传感器100分离的芯片中，或者ISP220和图像传感器100可以被集成到单个芯片中。
显示单元300可以是能够使用从DSP 200输出的图像数据来输出图像的任何设备。例如，显示单元300可以被实现为计算机、移动电话、智能电话、或任何类型的图像输出终端。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的、图1所示的像素阵列110的例子110-1的图。图3是根据本发明构思的示例性实施例的、图1所示的像素阵列110的另一例子110-2的图。图4是根据本发明构思的示例性实施例的、图1所示的像素阵列110的另一例子110-3的图。参照图1至图4，为了便于说明，在图2至图4中仅示出了像素阵列110的一部分，例如，四个像素(例如，图2中的像素120-1A至120-1D，图3中的像素120-2A至120-2D，和图4中的像素120-3A至120-3D)。然而，可以理解的是，具有与这四个像素基本相同结构的像素可以被布置在除了根据示例性实施例的四个像素以外的区域中。
图2中所示的像素阵列110-1可以包括以Bayer模式布置的第一像素120-1A至第四像素120-1D。例如，在示例性实施例中，第一像素120-1A可以是包括蓝色滤色器的蓝色像素，第二像素120-1B可以是包括绿色滤色器的绿色盖蓝色(green-on-blue)像素，第三像素120-1C可以是包括绿色滤色器的绿色盖红色(green-on-red)像素，以及第四像素120-1D可以是包括红色滤色器的红色像素。
第一像素120-1A至第四像素120-1D中的每一个可以具有微镜头122，其具有相应于每个像素的区域。第一像素120-1A至第四像素120-1D中的每一个可以分别包括两个光电二极管B1和B2、Gb1和GB2、Gr1和GR2、或R1和R2。在像素(例如，像素120-1A)中，两个光电二极管(例如，光电二极管B1和B2)可以沿行方向(例如，基本上平行于线A-A’的方向)布置，并且可以沿列方向(例如，基本上垂直于线A-A’的方向)延伸(例如，可以是细长的)。在第一像素120-1A至第四像素120-1D当中，除了彩色滤色器不同外，结构和操作基本上相同。因此，为了便于说明，将在本文中仅详细描述第一像素120-1A。
第一像素120-1A包括第一光电二极管B1和第二光电二极管B2。第一像素120-1A可以生成像素信号，其包括与在第一光电二极管B1处累积的光电荷相对应的第一子像素信号和与在第二光电二极管B2处累积的光电荷相对应的第二子像素信号。
当检测到第一子像素信号和第二子像素信号的总和时，可以在ISP 220中获得与由不同于第一像素120-1A的、包括信号光电二极管的像素生成的像素信号相对应的数据(例如，二维(2D)图像信息)。当检测到第一子像素信号和第二子像素信号之间的差时，可以在ISP 220中获得与第一像素120-1A的位置相对应的自动对焦信息和深度信息。
自动对焦信息指示与当前图像中的第一像素120-1A相对应的位置是否被正确对焦，以及如果没有正确对焦则指示失焦的程度。例如，当用户对焦与第一像素120-1A相对应的位置，而且自动对焦信息指示与第一像素120-1A相对应的位置是失焦，则相机控制单元210可以根据自动对焦信息向控制寄存器块180发送镜头控制信息。控制寄存器块180可以根据镜头控制信息控制镜头500和像素阵列110之间的距离。使用自动对焦信息控制镜头500和像素阵列110之间的距离的操作可以被称为自动对焦操作。
深度信息指示在与第一像素120-1A相对应的位置处的像素阵列110和对象350之间的距离。因此，ISP 220可以通过组合深度信息和2D信息来生成三维(3D)图像数据。
当在不同的光电二极管处累积从透过一个微镜头122的光所生成的并且在不同的物理位置所收集的光电荷时，生成第一子像素信号和第二子像素信号。因此，第一子像素信号和第二子像素信号之间的差包括指示它们之间的相位差的信息，而且自动对焦信息和深度信息可以使用指示相位差的信息来获得。
图3中所示的像素阵列110-2可以包括以Bayer模式布置的第一像素120-2A至第四像素120-2D。像素阵列110-2与图2中所示的像素阵列110-1基本相同，除了下面所述的差别。为了便于说明，将仅描述差别。
第一像素120-2A至第四像素120-2D中的每一个可以分别包括两个光电二极管B1和B2、Gb1和GB2、Gr1和GR2、以及R1和R2。在像素(例如，像素120-2A)中，两个光电二极管(例如，光电二极管B1和B2)可以沿列方向(例如，基本上平行于线B-B’的方向)布置，并且可以沿行方向(例如，基本上垂直于线B-B’的方向)延伸(例如，可以是细长的)。
在可以从由每个像素生成的子像素信号获得2D图像信息、自动对焦信息和深度信息等方面，像素阵列110-2与图2中所示的像素阵列110-1相同。然而，包括每个像素中包含的两个光电二极管的方向和形状的布置与图2中示出的像素阵列110-1中所包括的每个像素中的那些不同。结果，由图3所示的每个像素生成的2D图像信息、自动对焦信息和深度信息可以不同于图2中所示的像素阵列110-1中的那些。
图4中所示的像素阵列110-3可以包括以Bayer模式布置的第一像素120-3A至第四像素120-3D。像素阵列110-3与图2中所示的像素阵列110-1基本相同，除了下面所述的差别。为了便于说明，将仅描述差别。
第一像素120-3A至第四像素120-3D中的每一个可以分别包括四个光电二极管B1至B4、Gb1至GB4、Gr1至GR4、以及R1至R4。四个光电二极管(例如，光电二极管B1至B4)可以在每个像素(例如，像素120-3A)中以矩阵形式布置，并且光电二极管(例如，光电二极管B1至B4)中的每一个可以具有与像素(例如，像素120-3A)相同的形状。
由于第一像素120-3A至第四像素120-3D中的每一个可以分别包括四个光电二极管B1至B4、Gb1至GB4、Gr1至GR4、以及R1至R4，因此每个像素可以生成第一子像素信号至第四子像素信号。当在每个像素(例如，像素120-3A)中的四个不同的光电二极管(例如，光电二极管B1至B4)处累积从透过一个微镜头122的光所生成的并且在不同的物理位置所收集的光电荷时，生成第一子像素信号至第四子像素信号。在示例性实施例中，从分别在第一光电二极管B1至第四光电二极管B4处累积的光电荷，来生成第一子像素信号至第四子像素信号。
将第一子像素信号和第二子像素信号相加的结果可以与从在图2中所示的第一像素120-1A中的第一光电二极管B1处累积的光电荷所生成的信号相同或几乎相同。另外，将第三子像素信号和第四子像素信号相加的结果可以与从在图2中所示的第一像素120-1A中的第二光电二极管B2处累积的光电荷所生成的信号相同或几乎相同。因此，可以使用两个相加结果来获得可以在图2中所示的第一像素120-1A中获得的2D图像信息、自动对焦信息和深度信息。
类似地，将第一子像素信号和第三子像素信号相加的结果可以与从在图3中所示的第一像素120-2A中的第一光电二极管B1处累积的光电荷所生成的信号相同或几乎相同。另外，将第二子像素信号和第四子像素信号相加的结果可以与从在图3中所示的第一像素120-2A中的第二光电二极管B2处累积的光电荷所生成的信号相同或几乎相同。因此，可以使用两个相加结果来获得可以在图3中所示的第一像素120-2A中获得的2D图像信息、自动对焦信息和深度信息。
当在第一像素120-3A中获得的第一子像素信号至第四子像素信号经历两种不同的相加方法时，在分别示出于图2和图3中的第一像素120-1A和120-2A之间，2D图像信息、自动对焦信息和深度信息可以是不同的，如上参照图3所描述的，而且ISP 220可以补偿这个差异。
图2至图4中所示的每个像素包括至少两个光电二极管，而且自动对焦信息是从每个像素输出的信号中提取的。因此，每个像素可以被称为自动聚焦像素。
可以在模拟电平或数字电平执行参照图2至图4描述的子像素信号之间的加法和减法。例如，在模拟电平的加法和减法可以通过读出块190中的多个电容器和开关的操作来执行，读出块190连接到列线(例如，图5中的COL)，列线连接到像素(如，像素120-1A)。在数字电平的加法和减法可以通过接收到已经经历模数转换的子像素信号的读出块190或ISP220来执行。
图5是根据本发明构思的示例性实施例的在图2和图3中示出的像素的例子125A的图。图6是根据本发明构思的示例性实施例的在图4中示出的像素的例子125B的图。参照图1至图5，在电路配置方面，在图2中所示的第一像素120-1A至第四像素120-1D以及在图3中所示的第一像素120-2A至第四像素120-2D当中，结构和操作基本相同。因此，为了便于说明，仅描述第一像素120-1A/120-2A。
像素125A是第一像素120-1A/120-2A的等效电路，并且可以包括第一光电二极管B1、第二发光二极管B2、第一传送晶体管TX1、第二传送晶体管TX2、浮动扩散节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。第一传送晶体管TX1、第二传送晶体管TX2、浮动扩散节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX可以一起形成信号生成单元。
尽管在图5中示出了包括四种互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管TX、RX、DX和SX的像素结构，但是本发明构思的示例性实施例不限于此。例如，包括至少三种类型的晶体管的任何电路可以用在本发明构思的示例性实施例中。
在图5所示的示例性实施例中，浮动扩散节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX由第一传送晶体管TX1和第二传送晶体管TX2共享。然而，根据示例性实施例，第一传送晶体管TX1和第二传送晶体管TX2中的每一个可以连接到不同的浮动扩散节点、复位晶体管、驱动晶体管和/或选择晶体管。
第一光电二极管B1和第二光电二极管B2是光电转换元件的例子。第一光电二极管B1和第二光电二极管B2中的每一个可以包括，例如，光电晶体管、光栅、钉扎光电二极管(PPD)和它们的组合中的至少一个。
第一传送控制信号TG1、第二传送控制信号TG2、复位控制信号RG、和选择控制信号SEL可以是从行驱动器输出的控制信号160。像素阵列110中的一行的像素可以在基本相同的定时接收第一传送控制信号TG1、第二传送控制信号TG2、复位控制信号RG和选择控制信号SEL。
在像素125A的操作中，第一光电二极管B1和第二光电二极管B2生成与来自对象350的并且通过微镜头122在光电二极管B1和B2处接收到的光的强度相对应的光电荷。第一光电二极管B1的第一端连接到第一传送晶体管TX1，而且第二光电二极管B2的第一端连接到第二传送晶体管TX2。各个第一光电二极管B1和第二光电二极管B2的第二端连接到地电压VSS。地电压VSS可以是，例如，0V。
第一传送晶体管TX1和第二传送晶体管TX2可以分别响应于第一传送控制信号TG1和第二传送控制信号TG2，将光电荷传送到浮动扩散节点FD。驱动晶体管DX可以根据由于在浮置扩散节点FD处累积的光电荷所引起的电势，放大光电荷并将其传送到选择晶体管SX。
选择晶体管SX的漏极端连接到驱动晶体管DX的源极端。选择晶体管SX可以响应于选择控制信号SEL，将像素信号输出到连接到像素125A的列线COL。
复位晶体管RX可以响应于复位控制信号RG，将浮置扩散节点FD复位到电源电压VDD。电源电压VDD是指像素阵列110的驱动电压，并且可以在约2V至约5V的范围内。
参照像素125A的操作的定时，在浮动扩散节点FD被复位晶体管RX复位之后，对应于复位状态的电信号通过驱动晶体管DX和选择晶体管SX的操作被输出到列线COL。此后，第一传送晶体管TX1将在第一光电二极管B1处累积的光电荷传送到浮动扩散节点FD，而且与第一光电二极管B1处的光电荷相对应的电信号通过驱动晶体管DX和选择晶体管SX的操作被输出到列线COL。
此后，浮动扩散节点FD被复位晶体管RX复位，然后对应于复位状态的电信号通过驱动晶体管DX和选择晶体管SX的操作被输出到列线COL。可替换地，在示例性实施例中，当读出块190存储对应于复位状态的电信号时，复位操作可以省略。
此后，第二转移晶体管TX2将在第二光电二极管B2处累积的光电荷传送到浮动扩散节点FD，而且与第二光电二极管B2的光电荷相对应的电信号通过驱动晶体管的DX和选择晶体管SX的操作被输出到列线COL。读出块190可以通过从与第一光电二极管B1处的光电荷相对应的电信号和从与第二光电二极管B2处的光电荷相对应的电信号减去与复位状态相对应的电信号，来去除以上参照图1所述的复位噪声。具有与第一光电二极管B1处的光电荷相对应的、已去除复位噪声的电信号，和具有与第二光电二极管B2处的光电荷相对应的、已去除复位噪声的电信号可以分别对应于如上参照图2和图3所述的第一子像素信号和第二子像素信号。
参照图4和图6，在电路配置方面，在图4中所示的第一像素120-3A至第四像素120-3D当中，结构和操作基本相同。因此，为了便于说明，仅描述第一像素120-3A。
像素125B是第一像素120-3A的等效电路，并且可以包括第一光电二极管B1至第四光电二极管B4、第一传送晶体管TX1至第四传送晶体管TX4、浮置扩散节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。尽管在图6中示出了包括四种CMOS晶体管TX、RX、DX和SX的像素结构，但是本发明构思的示例性实施例不限于此。例如，包括至少三种类型的晶体管的任何电路可以用在本发明构思的示例性实施例中。
在图6所示的示例性实施例中，浮动扩散节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX被第一传送晶体管TX1至第四传送晶体管TX4共享，然而，根据示例性实施例，第一传送晶体管TX1至第四传送晶体管TX4中的每一个可以连接到不同的浮动扩散节点、复位晶体管、驱动晶体管和/或选择晶体管。
第一光电二极管B1至第四光电二极管B4是光电转换元件的例子。第一光电二极管B1至第四光电二极管B4中的每一个可以包括，例如，光电晶体管、光栅、PPD和它们的组合中的至少一个。
第一传送控制信号TG1至第四传送控制信号TG4、复位控制信号RG、和选择控制信号SEL可以是从行驱动器输出的控制信号160。像素阵列110中的一行的像素可以在基本相同的定时接收第一传送控制信号TG1至第四传送控制信号TG4、第二传送控制信号TG2、复位控制信号RG和选择控制信号SEL。
在像素125B的操作中，图6中所示的第一光电二极管B1至第四光电二极管B4、第一传送晶体管TX1至第四传送晶体管TX4、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX的操作与图5中所示的第一光电二极管B1或第二光电二极管B2、第一传送晶体管TX1或第二传送晶体管TX2、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX的操作基本上相同。
参照像素125B的操作的定时，可以交替地执行复位浮置扩散节点FD的操作和将来自第一光电二极管B1至第四光电二极管B4中的每一个的光电荷传送到浮动扩散节点FD的操作。当将来自第一光电二极管B1至第四光电二极管B4中的每一个的光电荷传送到浮动扩散节点FD时，可以通过列线COL输出与在浮动扩散节点FD处的电势相对应的电信号。另外，当浮动扩散节点FD复位时，可以输出与在浮动扩散节点FD处的电势相对应的电信号。可替换地，在示例性实施例中，可以通过列线COL仅输出电信号一次。
读出块190可以通过从分别与第一光电二极管B1至第四光电二极管B4处的光电荷相对应的每个电信号减去与复位状态相对应的电信号，来去除以上参照图1所述的复位噪声。具有分别与第一光电二极管B1至第四光电二极管B4处的光电荷相对应的、已去除复位噪声的电信号可以分别对应于如上参照图4所述的第一子像素信号至第四子像素信号。
图7至图21是根据本发明构思的示例性实施例的在图2至图4中所示的第一像素120-1A、120-2A和120-3A的截面图。参照图1至图21，图7示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-1的截面。由于沿图4的线C-C’垂直截取的截面与沿图4的线D-D’垂直截取的截面基本相同，除了第二光电二极管B2和第三光电二极管B3之间的差异，因此将参照图7至图21描述沿图4的线C-C’垂直截取的截面。
像素400-1可以包括入射层410、半导体衬底450-1和布线层470。入射层410可以包括，例如，微镜头412、第一平层414、滤色器416和第二平层418。
微镜头412可以形成在像素400-1的顶部。顶部对应于入射光到达像素400-1的位置。微镜头412可以用来增加像素400-1的聚光能力，并且因此，可以提高图像质量。微镜头412可以是图2至图4中所示的微镜头122。布线层470可以形成在半导体衬底450-1的第一表面(例如，底表面)上，而且微镜头412可以形成在与第一表面相对的半导体衬底450-1的第二表面(例如，顶表面)上，并且光电二极管B1和B2可以被布置在第一表面和第二表面之间。
滤色器416可以形成在微镜头412的下方。滤色器416可以选择性地透射具有预定波长(例如，红色、绿色、蓝品红色、黄色或青色)的光。由于图7中所示的截面是沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’截取的截面，因此滤色器416对应于选择性地透射具有蓝色波长的光的蓝色滤色器。
第一平层414和第二平层418可以分别形成在滤色器416的上方和下方。第一平层414和第二平层418可以阻止透过微镜头412和滤色器416的光被反射。例如，第一平层414和第二平层418允许入射光有效地透射，从而增加图像传感器100的性能参数，诸如例如，吸收率和光敏性。
半导体衬底450-1可以包括第一光电二极管B1、第二发光二极管B2、P阱452、第一沟槽D1和第二沟槽D2。第一光电二极管B1和第二光电二极管B2可以存储根据透过微镜头412的光的强度所生成的光电荷。
在示例性实施例中，第一光电二极管B1和第二光电二极管B2可以通过离子注入过程形成为P阱452内的n型区域。第一光电二极管B1和第二光电二极管B2中的每一个可以形成多个掺杂区域堆叠在其中的结构。顶端掺杂区域可以使用n+型离子注入来形成，并且底部掺杂区域可以使用n-型离子注入来形成。第一光电二极管B1和第二光电二极管B2可以跨过除了沟槽D1和D2外的像素400-1的大多数区域来形成，这导致高填充因子。填充因子(fill factor)可以由光接收区域与像素区域的比率来定义。更高的填充因子导致更高的光吸收率。
P阱452可以形成为围绕第一光电二极管B1和第二光电二极管B2。P阱452可以使第一光电二极管B1和第二光电二极管B2在电气上与光电二极管B1和B2的周边元件，诸如例如，布线层470、第二平层418以及沟槽D1和D2绝缘。与P阱452中的晶体管TX1至TX4、RX、DX和SX中的每一个的栅极472相邻的高度n++掺杂区域可以操作为晶体管TX1至TX4、RX、DX和SX源极和漏极端。
第一沟槽D1和第二沟槽D2可以使用例如，沟槽过程(trench process)来形成。沟槽过程是在半导体衬底450-1中形成一定深度的沟槽的过程。沟槽过程可以指提供相对深沟槽的深沟槽隔离(DTI)过程和提供相对浅沟槽的浅沟槽隔离(STI)过程。第一沟槽D1和第二沟槽D2中的每一个可以是使用DTI过程形成的DTI沟槽或使用STI过程形成的STI沟槽。
第一沟槽D1可以使相邻的光电二极管(例如，B1和B2或B1和B3)彼此电隔离。第二沟槽D2可以使第一像素120-1A、120-2A或120-3A中的光电二极管(例如，B2)和与第一像素120-1A、120-2A或120-3A相邻的像素(例如，120-1B、120-2B或120-3B)中的光电二极管(例如，Gb1)电隔离。
第一沟槽D1和第二沟槽D2可以防止在当前像素中的相邻的光电二极管(例如，B1和B2)之间，或者在当前像素中的光电二极管和相邻的像素的光电二极管(例如，Gb1)之间发生的电串扰和光串扰。电串扰是信噪比(SNR)由于相邻光电二极管(例如，B1、B2和Gb1)之间的载流子的交换而降低的现象。光串扰是SNR因为入射在半导体衬底450-1的内侧(例如，右侧的第一沟槽D1和第二沟槽D2之间的部分)的光贯穿相邻区域(例如中，左侧的第一沟槽D1和第二沟槽D2之间的部分)而降低的现象。
第一沟槽D1和第二沟槽D2可以利用诸如例如铪氧化物的氧化物和/或多晶硅来填充。例如，第一沟槽D1和第二沟槽D2的侧壁可以由掺杂有具有高反射率的硼的多晶硅膜来形成。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此。
如图7所示，在示例性实施例中，第一沟槽D1和第二沟槽D2可以沿着半导体衬底450-1的整个垂直长度来形成。例如，在示例性实施例中，第一沟槽D1和第二沟槽D2可以沿着半导体衬底450-1的整个垂直长度来形成。这里，当沟槽被描述为沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成时，应该理解的是，沟槽被形成为从垂直方向上的半导体衬底的最上表面延伸到垂直方向上的半导体衬底的最下表面。此外，当沟槽被描述为沿着半导体衬底的垂直长度的一部分，而不是沿整个垂直长度来形成时，应该理解的是，沟槽从半导体衬底的最上表面延伸而且没有完全延伸到垂直方向上的半导体衬底的最下表面，或者沟槽从半导体衬底的最下表面延伸，而且没有完全延伸到垂直方向上的半导体衬底的最上表面。第一沟槽D1和第二沟槽D2可以，例如，使用从入射层410的一侧开始形成沟槽的后沟槽过程或者使用布线层470的一侧开始形成沟槽的前沟槽过程，来形成。
半导体衬底450-1还可以包括浮动扩散节点和接地端。
布线层470可以包括晶体管TX1至TX4、RX、DX和SX中的每一个的栅极472，和多层导线474。在示例性实施例中，栅极472可以接收控制信号(例如，RG)，如上参照图5和图6所述。在示例性实施例中，栅极472可以连接到浮动扩散节点FD。栅极绝缘层可以形成在栅极472和半导体衬底450-1之间。
栅绝缘层可以由，例如SiO2、SiON、SiN、Al2O3、Si3N4、GexOyNz、GexSiyOz或高介电材料形成。高介电材料可以通过使用例如，HfO2、ZrO2、Al2O3、Ta2O5、硅酸铪、硅酸锆或它们的组合执行原子层沉积来形成。
多层导线474可以将信号传送到晶体管TX1至TX4、RX、DX和SX，或者可以在像素400-1和像素400-1以外的(多个)元件之间传送信号。多层导线474可以通过图案化包括诸如例如铜或铝的金属的导电材料来形成。
图8示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-2的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图7中所示的像素400-1的差别。
包括在像素400-2中的第二沟槽D2可以沿着半导体衬底450-2的整个垂直长度的一部分来形成。例如，在示例性实施例中，第二沟槽D2可以沿半导体衬底450-2的垂直长度的一部分来形成，而不是沿半导体衬底450-2的整个垂直长度来形成。当第二沟槽D2沿着半导体衬底450-2的整个垂直长度的一部分来形成时，第二沟槽D2的垂直长度对半导体衬底450-2的垂直长度的比率大于0(例如，第二沟槽D2不存在的情况)且小于1(例如，第二沟槽D2的垂直长度与半导体衬底450-2的垂直长度基本相同的情况)。第二沟槽D2可以使用，例如，后沟槽过程来形成。
图9示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-3的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图7中所示的像素400-1的差别。
包括在像素400-3中的第二沟槽D2可以沿半导体衬底450-3的垂直长度的一部分来形成，而不是沿半导体衬底450-3的整个垂直长度来形成。当第二沟槽D2沿着半导体衬底450-3的整个垂直长度的一部分来形成时，第二沟槽D2的垂直长度对半导体衬底450-3的垂直长度的比率大于0(例如，第二沟槽D2不存在的情况)且小于1(例如，第二沟槽D2的垂直长度与半导体衬底450-3的垂直长度基本相同的情况)。第二沟槽D2可以使用，例如，前沟槽过程来形成。
图10示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-4的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图7中所示的像素400-1的差别。
不同于如先前所描述的像素400-1至400-3，像素400-4中的半导体衬底450-4不包括第二沟槽D2。
图11示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-5的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图7中所示的像素400-1的差别。
包括在像素400-5中的第一沟槽D1可以沿着半导体衬底450-5的整个垂直长度的一部分来形成，而不是沿着半导体衬底450-5的整个垂直长度来形成。当第一沟槽D1沿着半导体衬底450-5的整个垂直长度的一部分来形成时，第一沟槽D1的垂直长度对半导体衬底450-5的长度的比率大于0(例如，第一沟槽D1不存在的情况)且小于1(例如，第一沟槽D1的垂直长度与半导体衬底450-5的垂直长度基本相同的情况)。第一沟槽D1可以使用，例如，后沟槽过程来形成。
图12至图14示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-6、400-7和400-3的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图11中所示的像素400-5的差别。
图12的半导体衬底450-6的第二沟槽D2的配置与参照图8描述的图8的半导体衬底450-2的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，第二沟槽D2沿着从半导体衬底450-6和450-2的上部开始并且向下延伸的半导体衬底450-6和450-2的垂直长度的一部分(而不是沿着整个垂直长度)形成。图13的半导体衬底450-7的第二沟槽D2的配置与参照图9描述的图9的半导体衬底450-3的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，第二沟槽D2沿着从半导体衬底450-7和450-3的下部开始并且向上延伸的半导体衬底450-7和450-3的垂直长度的一部分(而不是沿着整个垂直长度)形成。图14的半导体衬底450-8的第二沟槽D2的配置与参照图10描述的图10的半导体衬底450-4的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，不包括第二沟槽D2。
图15示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-5的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图7中所示的像素400-1的差别。
包括在像素400-9中的第一沟槽D1可以沿着半导体衬底450-9的整个垂直长度的一部分来形成，而不是沿着半导体衬底450-9的垂直长度的全部来形成。当第一沟槽D1沿着半导体衬底450-9的整个垂直长度的一部分来形成时，第一沟槽D1的垂直长度对半导体衬底450-9的长度的比率大于0(例如，第一沟槽D1不存在的情况)且小于1(例如，第一沟槽D1的垂直长度与半导体衬底450-9的垂直长度基本相同的情况)。第一沟槽D1可以使用，例如，前沟槽过程，来形成。
图16至图18示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-10、400-11和400-12的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图15中所示的像素400-9的差别。
图16的半导体衬底450-10的第二沟槽D2的配置与参照图8描述的图8的半导体衬底450-2的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，第二沟槽D2沿着从半导体衬底450-10和450-2的上部开始并且向下延伸的半导体衬底450-10和450-2的垂直长度的一部分(而不是沿着垂直长度的全部)形成。图17的半导体衬底450-11的第二沟槽D2的配置与参照图9描述的图9的半导体衬底450-3的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，第二沟槽D2沿着从半导体衬底450-11和450-3的下部开始并且向上延伸的半导体衬底450-11和450-3的垂直长度的一部分(而不是沿着垂直长度的全部)形成。图18的半导体衬底450-12的第二沟槽D2的配置与参照图10描述的图10的半导体衬底450-4的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，不包括第二沟槽D2。
图19示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-13的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图7中所示的像素400-1的差别。例如，在图19中，像素400-13不包括第一沟槽D1。
图20和图21示出了根据本发明构思的示例性实施例的沿图2的线A-A’、图3的线B-B’、图4的线C-C’垂直截取的像素400-14和400-15的截面。为了便于说明，这里将仅描述与图19中所示的像素400-13的差别。
图20的半导体衬底450-14的第二沟槽D2的配置与参照图8描述的图8的半导体衬底450-2的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，第二沟槽D2沿着从半导体衬底450-14和450-2的上部开始并且向下延伸的半导体衬底450-14和450-2的垂直长度的一部分(而不是沿着垂直长度的全部)形成。图21的半导体衬底450-15的第二沟槽D2的配置与参照图9描述的图9的半导体衬底450-3的第二沟槽D2的配置相同。例如，在这个配置中，第二沟槽D2沿着从半导体衬底450-15和450-3的下部开始并且向上延伸的半导体衬底450-15和450-3的垂直长度的一部分(而不是沿着垂直长度的全部)形成。
图22是根据本发明构思的比较示例中的第一像素400-16的截面的图。参照图1至图22，像素400-16的半导体衬底450-16可以不包括或第一沟槽D1或第二沟槽D2。结果，在相邻光电二极管(例如，B2和B1或B2和Gb1)之间发生的电串扰和/或光串扰可能增加。因此，由像素400-16生成的子像素信号的SNR可以很高，这导致了所显示的图像的质量下降和不准确的自动聚焦。
如上所述，根据本发明构思的示例性实施例，图像传感器100包括第一沟槽D1和/或第二沟槽D2。包含第一沟槽D1和/或第二沟槽D2可以防止或减少在相邻光电二极管(例如，B2和B1或B2和Gb1)之间发生的电串扰和/或光串扰，从而提高图像的质量。
图23是包括根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的电子系统的框图。参照图1和图23，电子系统2100可以由数据处理装置，诸如例如，可以使用或支持MIPI接口的移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放器(PMP)、因特网协议电视(IP TV电视)或智能电话，来实现。电子系统2100包括图像传感器100、应用处理器2110和显示器2150。
包括在应用处理器2110中的相机串行接口(CSI)主机2112通过CSI与包括在图像传感器100中的CSI设备2141执行串行通信。例如，光学解串器(DES)可以在CSI主机2112中实现，而且光学串行器(SER)可以在CSI设备2141中实现。
包括在应用处理器2110中的显示串行接口(DSI)主机2111通过DSI与包括在显示器2150中的DSI设备2151执行串行通信。例如，光学串行器可以在DSI主机2111中实现，而且光学解串器可以在DSI设备2151中实现。
电子系统2100还可以包括与应用程序处理器2110通信的射频(RF)芯片2160。电子系统2100的物理层(PHY)2113和RF芯片2160的PHY 2161根据MIPI DigRF标准相互通信数据。电子系统2100还可以包括来自GPS无线设备2120、存储设备2170、麦克风2180、DRAM2185和扬声器2190当中的至少一个元件。电子系统2100可以使用诸如例如Wimax(全球微波接入互操作性)2191、WLAN(无线LAN)2193、UWB(超宽带)2195等的通信标准进行通信。
图24是包括根据本发明构思的示例性实施例的图1中所示的图像传感器的电子系统的框图。参照图1和图24，电子系统2200包括图像传感器100、处理器2210、存储器2220、显示单元2230和接口2240，它们经由总线2250彼此连接。
处理器2210可以控制图像传感器100的操作。例如，处理器2210可以处理从图像传感器100输出的像素信号，并且可以生成图像数据。
存储器2220可以存储用于控制图像传感器100的(多个)程序以及由处理器2210生成的图像数据。处理器2210可以执行存储在存储器2220中的程序。存储器2220可以使用例如易失性或非易失性存储器来实现。
显示单元2230可以显示从处理器2210或存储器2220输出的图像数据。显示单元2230可以是，例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、柔性显示器等。
接口2240可以被实现为用于输入和输出图像数据的接口。例如，接口2240可以通过无线接口或有线接口来实现。
本发明构思的示例性实施例也可以被具体实施为布置在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够将数据存储为程序的任意数据存储设备，所述数据此后能够被计算机系统读取。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备。
计算机可读记录介质还可以分布在经网络耦合的计算机系统上，从而以分布式存储和执行计算机可读代码。此外，实现本发明构思的示例性实施例的功能性程序、代码和代码段可以由编程人员实现。
如上所述，根据本发明构思的示例性实施例，图像像素包括至少一个沟槽，这导致防止或减少相邻光电二极管之间的电串扰和/或光串扰，从而提高包括图像像素的图像传感器和图像处理系统的图像的质量。
虽然已经参照本发明构思的示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是本领域技术人员将理解，可以在形式和细节上对其做出各种改变，而不会脱离由所附权利要求定义的本发明构思的精神和范围。

Claims (19)

1.一种图像像素，包括：
在半导体衬底中形成的多个光电二极管，其中，每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷；以及
多个沟槽，被配置为将光电二极管彼此电隔离，
其中，多个沟槽中的至少一个从半导体衬底的最上表面连续地延伸到半导体衬底的最下表面，并且利用氧化物填充，
其中，所述图像像素还包括：
在半导体衬底的最上表面上形成的布线层，
其中，微镜头被布置在与最上表面相对的半导体衬底的最下表面上，而且光电二极管被布置在布线层和微镜头之间，
其中，对由光电二极管生成的多个像素信号执行操作，以获得与自动对焦操作有关的信息。
2.如权利要求1所述的图像像素，其中，所述沟槽包括：
使用深沟槽隔离DTI过程形成的DTI沟槽，
其中，DTI沟槽被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离。
3.如权利要求2所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成。
4.如权利要求2所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽沿着半导体衬底的垂直长度的一部分来形成，其中，所述垂直长度的一部分小于整个垂直长度。
5.如权利要求2所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽使用后沟槽过程来形成。
6.如权利要求2所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽使用前沟槽过程来形成。
7.如权利要求1所述的图像像素，其中，所述沟槽包括：
使用深沟槽隔离DTI过程形成的DTI沟槽，
其中，DTI沟槽被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管电隔离。
8.如权利要求7所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽沿着半导体衬底的整个垂直长度来形成。
9.如权利要求7所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽沿着半导体衬底的垂直长度的一部分来形成，其中，所述垂直长度的一部分小于整个垂直长度。
10.如权利要求7所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽使用后沟槽过程来形成。
11.如权利要求7所述的图像像素，其中，所述DTI沟槽使用前沟槽过程来形成。
12.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括多个图像像素；
读出块，被配置为将每个图像像素的像素信号转换为数字像素信号并且放大数字像素信号；以及
控制块，被配置为控制像素阵列和读出块，
其中，所述图像像素包括：
在半导体衬底中形成的多个光电二极管，其中，每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷；以及
多个沟槽，被配置为将光电二极管彼此电隔离，
其中，所述多个沟槽包括第一深沟槽隔离DTI沟槽和具有与所述第一DTI沟槽不同深度的第二DTI沟槽，
第一DTI沟槽使用DTI过程形成并且被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离，并且包括氧化物，
第二DTI沟槽使用DTI过程形成并且被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管电隔离，并且包括氧化物，以及
第一DTI沟槽和第二DTI沟槽中的每一个使用后沟槽过程和前沟槽过程之一来形成，
其中，所述图像传感器，还包括：
在半导体衬底的最上表面上形成的布线层，
其中，微镜头被布置在与最上表面相对的半导体衬底的最下表面上，而且光电二极管被布置在布线层和微镜头之间，
其中，对由光电二极管生成的多个像素信号执行操作，以获得与自动对焦操作有关的信息。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中，第一DTI沟槽和第二DTI沟槽包括多晶硅。
14.如权利要求12所述的图像传感器，其中，第一DTI沟槽和第二DTI沟槽中的每一个沿着半导体衬底的整个垂直长度，或者沿着小于整个垂直长度的半导体衬底的垂直长度的一部分来形成。
15.如权利要求12所述的图像传感器，其中，第一DTI沟槽和第二DTI沟槽包括铪氧化物。
16.如权利要求12所述的图像传感器，其中，所述半导体衬底包括浮动扩散节点和接地端。
17.一种图像像素，包括：
在半导体衬底中形成的多个光电二极管，其中，每个光电二极管被配置为累积透过微镜头在每个光电二极管处接收到的光的强度相对应的多个光电荷；
第一沟槽，被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离；以及
第二沟槽，被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管电隔离，
其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个从半导体衬底的最上表面连续地延伸到半导体衬底的最下表面，并且利用氧化物填充，
其中，所述图像像素还包括：
在半导体衬底的最上表面上形成的布线层，
其中，微镜头被布置在与最上表面相对的半导体衬底的最下表面上，而且光电二极管被布置在布线层和微镜头之间，
其中，对由光电二极管生成的多个像素信号执行操作，以获得与自动对焦操作有关的信息。
18.如权利要求17所述的图像像素，还包括：
第三沟槽，被配置为将所述多个光电二极管当中的相邻光电二极管彼此电隔离；
其中，第三沟槽沿垂直方向从最上表面延伸并且没有完全延伸到最下表面、或者第三沟槽沿垂直方向从最下表面延伸并且没有完全延伸到最上表面。
19.如权利要求17所述的图像像素，还包括：
第四沟槽，被配置为将在图像像素中形成的多个光电二极管与在相邻图像像素中形成的光电二极管电隔离，
其中，第四沟槽沿垂直方向从最上表面延伸并且没有完全延伸到最下表面、或者第四沟槽沿垂直方向从最下表面延伸并且没有完全延伸到最上表面。
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