CN110299370B - 具有pd偏置图案的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

具有PD偏置图案的图像传感器。公开了一种图像传感器。该图像传感器可以包括：光感测区域，该光感测区域在基板中并且被配置为响应于所述光感测区域上的入射光而产生光电子；偏置图案，所述偏置图案被布置成包围所述光感测区域并且包含导电材料；浮置扩散区域，该浮置扩散区域处于所述光感测区域的中心，以存储所述光感测区域所产生的光电子；以及传输门，所述传输门与所述浮置扩散区域部分地交叠并且能够进行操作以将所述光感测区域所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域。所述光感测区域和所述偏置图案彼此电隔离。

Description

具有PD偏置图案的图像传感器
技术领域
该专利文献中所公开的技术和实现总体上涉及具有光电二极管(PD)偏置图案的图像传感器，并且涉及包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
由于信息通信行业的最近发展和电子装置的数字化，性能得以改善的图像传感器正被用于诸如数码相机、摄像机、移动电话、个人通信系统(PCS)、游戏机、监控摄像头和医疗用微型相机这样的各种领域。通常，图像传感器包括具有光电二极管和外围电路区域的像素区域。单位像素包括光电二极管和传输晶体管。随着图像传感器的分辨率增加并且单位像素的尺寸变得更小，需要减小光电二极管的物理体积。因此，在光电二极管中产生光电子的能力变得重要。
发明内容
除了其它方面以外，本专利文献提供了包括光电二极管(PD)偏置图案的图像传感器的设计。
所公开的技术的实施方式涉及通过一个光电二极管接收全部四种颜色的光的图像传感器。
根据所公开的技术的实施方式，一种图像传感器可以包括：光感测区域，该光感测区域在基板中并且被配置为响应于所述光感测区域上的入射光而产生光电子；偏置图案，所述偏置图案被布置成包围所述光感测区域并且包含导电材料；浮置扩散区域，该浮置扩散区域处于所述光感测区域的中心，以存储所述光感测区域所产生的光电子；以及传输门，所述传输门与所述浮置扩散区域部分地交叠并且能够进行操作以将所述光感测区域所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域。所述光感测区域和所述偏置图案可以彼此电隔离。
根据所公开的技术的实施方式，一种图像传感器可以包括：基板；第一PD偏置图案至第四PD偏置图案，该第一PD偏置图案至该第四PD偏置图案被设置在所述基板中，并且包含导电材料并在所述基板中提供光电二极管区域；浮置扩散区域，该浮置扩散区域被设置在所述基板的上部以及所述光电二极管区域的中心周围；以及第一传输门至第四传输门，该第一传输门至该第四传输门被设置在所述基板上方，以与所述光电二极管区域和所述浮置扩散区域交叠，以便将所述光电二极管区域中所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域。所述第一PD偏置图案至所述第四PD偏置图案可以径向地排列在所述光电二极管区域的第一象限至第四象限上并且彼此间隔开。
附图说明
图1是例示根据所公开的技术的实施方式的示例性图像传感器的框图。
图2是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的示例性单位像素的等效电路图。
图3A是根据所公开的技术的实施方式的包括多个单位像素的图像传感器的示例性像素阵列的示意性布局。
图3B是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的示例性单位像素的放大布局。
图4是沿着图3B的线I-I’截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。
图5A、图5B、图5C和图5D是例示根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的第一操作周期至第四操作周期中的单位像素的示例性操作的概念俯视图。
图6A是沿着图5A的线II-II’截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。
图6B是沿着图5C的线III-III’截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。
图7是图像传感器的基板的下侧上的栅格图案的示例性布局。
图8A和图8B是栅格图案的三维立体图。
图9A、图9B、图9C和图9D概念性地例示了根据所公开的技术的实施方式的用于打开或关闭图像传感器的第一快门图案(shutter pattern)至第四快门图案的电压条件。
图10是例示根据所公开的技术的实施方式的具有图像传感器的电子装置的概念图。
具体实施方式
可以实现所公开的技术，以提供被设计成使用单个光电二极管接收多色光的图像传感器。例如，所公开的技术的一些实现方式提供了一种图像传感器，该图像传感器具有包含导电材料的偏置图案并且在图像传感器的操作期间接收不同的电压。通过向偏置图案施加不同的电压，图像传感器能够具有有效的光电二极管区域，所述光电二极管区域能够产生具有不同颜色信息的光电子。
在本公开中，在结合附图阅读以下的示例性实施方式之后，用于实现它们的优点、特征和方法将变得更清楚。在整个本公开中，在本发明的各个图和实施方式中，相似的附图标记表示相似的部分。
如本文中使用的，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。还应该理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或其变型时，术语“包括”和/或其变型指定存在至少一个所述的特征、步骤、操作和/或元件，但是并不排除存在或附加一个或更多个其它特征、步骤、操作和/或元件。
图1是示意性地例示基于所公开的技术的实施方式的图像传感器800的框图。参照图1，图像传感器800可以包括像素阵列810、相关双采样器(CDS)820、模数转换器(ADC)830、缓冲器840、行驱动器850、定时发生器860、控制寄存器870和斜坡信号发生器880，在像素阵列810中，多个像素被布置成矩阵结构，例如，按行和列布置的像素阵列。
像素阵列810可以包括多个像素块815，所述多个像素块815被布置成包括列和行的矩阵结构。响应于接收到入射光，多个像素块815中的每一个可以将关于接收到的入射光的光学图像信息转换成电图像信号，并且通过列线将电图像信号发送到相关双采样器820。多个像素块815中的每一个可以与行线中的一条和列线中的一条联接。可以在像素阵列810中的每个像素块上布置滤色器，使得针对每个像素选择特定颜色的光。例如，多个像素块815中的每一个可以包括三种不同颜色的图案，使得红色图案、绿色图案和蓝色图案以包括行和列的矩阵的方式布置。排列滤色器的颜色的一种示例方式是其中每个单位图案具有2个绿色滤色器像素、1个蓝色滤色器像素和1个红色滤色器像素的相应拜耳滤色器单元图案的熟知拜耳滤色器图案。
相关双采样器820可以对从像素阵列810的像素块815接收的电图像信号进行保持和采样。例如，相关双采样器820可以根据从定时发生器860提供的时钟信号对参考电压电平和接收到的电图像信号的电压电平进行采样，并且将与它们之间的差值对应的模拟信号发送到模数转换器830。
模数转换器830可以将接收到的模拟信号转换成数字信号，并且将数字信号发送到缓冲器840。
缓冲器840可以存储或锁存接收到的数字信号，并且将所锁存的数字信号依次输出到外部图像信号处理器。缓冲器840可以包括用于临时存储或锁存数字信号的存储器和用于放大数字信号的感测放大器。
行驱动器850可以根据定时发生器860的信号驱动像素阵列810的多个像素块815。例如，行驱动器850可以生成各自用于选择多条行线中的一条的选择信号和/或各自用于驱动多条行线中的一条的驱动信号。
定时发生器860可以生成用于控制相关双采样器820、模数转换器830、行驱动器850和斜坡信号发生器880的定时信号。
控制寄存器870可以生成用于控制缓冲器840、定时发生器860和斜坡信号发生器880的控制信号。
根据定时发生器860的控制，斜坡信号发生器880可以生成用于控制从缓冲器840输出的图像信号的斜坡信号。
图像传感器800的每个像素块815可以包括可以按合适配置实现的将接收到的光转换成电荷的光电传感器或光感测元件(包括光电二极管、光电门、光电晶体管、光电导体)或者能够产生光生电荷的特定其它光敏结构。每个成像像素还可以包括用于储存光生电荷的电荷储存区域，电荷储存区域可以被构造成例如在以下示例中所公开的浮置扩散区域。可以在每个成像像素中包括附加电路，例如，用于将来自光电传感器或光感测元件的光生电荷传送到储存区域的传输晶体管和用于在读出之后将电荷储存区域中的电荷复位的复位电路。
图2是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的单位像素的等效电路图。参照图2，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的单位像素PX可以包括光电二极管PD、第一传输晶体管TX1至第四传输晶体管TX4、浮置扩散区域FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX和输出端口Pout。
响应于其上接收到的入射光，光电二极管PD可以接收光并产生电子-空穴对。第一传输晶体管TX1至第四传输晶体管TX4可以将光电二极管PD中所生成的电子传送到浮置扩散区域FD。第一传输晶体管TX1至第四传输晶体管TX4可以并联联接，并且可以独立地导通或截止。例如，当第一传输晶体管TX1至第四传输晶体管TX4当中的一个导通并处于导通状态时，其它三个传输晶体管可以截止并处于截止状态。
浮置扩散区域FD可以联接到驱动晶体管DX的栅极。浮置扩散区域FD中的电子可以使驱动晶体管DX导通。经过驱动晶体管DX的电信号可以通过选择晶体管SX输出到输出端口Pout。
复位晶体管RX可以将浮置扩散区域FD复位至电源电压VDD电平。在电信号输出到输出端口Pout之后，浮置扩散区域FD可以通过复位晶体管RX复位至初始电压电平，例如，电源电压VDD电平。
根据所公开的技术的实施方式的图像传感器可以包括相对于彼此并联联接的第一传输晶体管TX1至第四传输晶体管TX4。第一传输晶体管TX1至第四传输晶体管TX4可以共享同一光电二极管PD。
图3A是根据所公开的技术的实施方式的包括多个单位像素的图像传感器的像素阵列的示意性布局。图3B是图3A中示出的图像传感器的区域A的放大布局。参照图3A，根据所公开的技术的示例性实施方式的图像传感器的像素阵列可以包括布置成矩阵形状(例如，按行和列布置的像素单元PX的阵列)的多个单位像素PX。
参照图3B，通过空间区域SP彼此间隔开的单位像素PX中的每一个可以包括光电二极管区域PD、第一PD(光电二极管)偏置图案B1至第四PD偏置图案B4、浮置扩散区域FD、第一传输门TG1至第四传输门TG4和有源区域ACT。
在俯视图中，第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4中的每一个可以具有诸如肘形形状或“L”字母形状这样的形状。例如，第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4中的每一个具有包含沿着两个不同的方向延伸的部分和在延伸的部分之间的连接部分的形状。第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以被布置在光电二极管区域PD的四个不同的侧上。第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以包围光电二极管区域PD，以形成矩形形状。在一些实现方式中，第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以被设置在光电二极管区域PD的周缘中。第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以被径向设置成分别在第一象限至第四象限上彼此间隔开。第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以包含导体。例如，第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以包含掺杂的多晶硅、金属、金属化合物或金属合金或其组合中的至少一种。
第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以分别包括第一焊盘区域P1至第四焊盘区域P4。第一焊盘区域P1至第四焊盘区域P4可以分别是第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4中的一部分。第一焊盘区域P1至第四焊盘区域P4可以提供用于接触用于向第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4施加电偏置的接触插塞的空间。
浮置扩散区域FD可以被设置在光电二极管区域PD的中心处或者光电二极管区域PD的中心周围。浮置扩散区域FD可以是N型掺杂区域或包括N型掺杂区域。
第一传输门TG1至第四传输门TG4可以被分别布置在浮置扩散区域FD的第一象限至第四象限上。第一传输门TG1至第四传输门TG4可以与第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4一起部分地包围浮置扩散区域FD。第一传输门TG1至第四传输门TG4可以与浮置扩散区域FD部分地交叠。第一传输门TG1至第四传输门TG4可以由掺杂的多晶硅、金属、金属化合物、金属合金等形成或者包含掺杂的多晶硅、金属、金属化合物、金属合金等，以便将光电二极管区域PD中所产生的电子传送到浮置扩散区域FD。
有源区域ACT可以与单位像素PX的一侧相邻设置，以提供驱动晶体管、选择晶体管和复位晶体管的源极区、漏极区和沟道区。
根据本实施方式的图像传感器的单位像素PX的光电二极管区域PD可以被集成为一个，而不是被分成四个。
图4是沿着图3B的线I-I’截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。参照图4，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器可以包括基板10中的第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4、光电二极管区域PD、浮置扩散区域FD、基板10上侧的第一传输门TG1至第四传输门TG4、基板10下侧的防反射层20、栅格图案30、快门图案40、滤色器50和微透镜60。如图4中例示的，在第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4当中，第一PD偏置图案B1和第三PD偏置图案B3可以被包括在单位像素PX中，第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4可以被包括在相邻的单位像素中。
第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以被形成为填充深的沟槽的间隔壁的形状。例如，第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以包括衬里(lining)绝缘层和导电插塞，衬里绝缘层被形成在基板10的内部中所形成的深的沟槽的内壁上，导电插塞在衬里绝缘层上填充深的沟槽。在一些实现方式中，导电插塞可以在衬里绝缘层上完全填充深的沟槽。
衬里绝缘层可以包含硅氧化物和/或硅氮化物。导电插塞可以包含掺杂的多晶硅、金属、金属化合物或金属合金或其组合中的至少一种。因此，光电二极管区域PD可以与第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4电绝缘。
第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4可以被形成为从基板10的上侧延伸到基板10的内部中，并且第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4的下部可以与基板10的下侧间隔开。例如，基板10的厚度可以大于第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4的厚度。在图中，第一PD偏置图案B1和第三PD偏置图案B3可以被包括在同一单位像素PX中，并且第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4可以被包括在与包括第一PD偏置图案B1和第三PD偏置图案B3的单位像素PX相邻设置的其它单位像素PX中。空间区域SP可以被插置在邻近的单位像素PX之间。
参照图4的截面图，光电二极管区域PD可以被设置在单位像素PX中的第一PD偏置图案B1和第三PD偏置图案B3之间。在一些实现方式中，光电二极管区域PD可以被第一PD偏置图案B1至第四PD偏置图案B4包围。浮置扩散区域FD可以被形成在光电二极管区域PD的上部或者在光电二极管区域PD的中心周围。第一传输门TG1和第三传输门TG3可以被设置在光电二极管区域PD上，以便与浮置扩散区域FD的一部分在垂直方向上部分地交叠。
防反射层20可以包括含有诸如硅氮化物、硅氧化物、硅氧氮化物、铝氧化物、铪氧化物或钽氧化物或其组合中的至少一种这样的电介质无机层的单层或多层。
栅格图案30的一部分可以被对准或设置成与光电二极管区域PD的中心部分(例如，浮置扩散区域FD)在垂直方向上交叠。栅格图案30的一些部分可以被对准或设置成与空间区域SP中的像素隔离图案交叠。栅格图案30可以包含类似金属的导体。因此，可以向栅格图案30施加电压。
快门图案40和滤色器50可以沿着平行于基板10的方向设置或层叠在栅格图案30之间。快门图案40可以被打开或关闭，以选择性地透射光。例如，快门图案40可以根据由栅格图案50施加的电压所产生的电场来阻挡或透射光。快门图案40可以包括诸如偏振滤光器或液晶显示器(LCD)这样的阻光材料层。滤色器50中的每一个可以包含聚合物有机材料，该聚合物有机材料包括绿色、红色或蓝色当中的一种颜料。
滤色器50可以被分别形成在快门图案40上方。微透镜60可以被分别形成在滤色器50上方。微透镜60可以包含透明聚合物有机材料或诸如硅氧化物这样的无机材料。
图5A至图5D是例示根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的第一操作周期至第四操作周期中的单位像素的操作的概念俯视图。
图5A是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的第一操作周期中的单位像素PX的操作的俯视图。参照图5A，当在第一操作周期中将单位像素PX的第一PD偏置图案B1接地并且向第二PD偏置图案B2至第四PD偏置图案B4施加负(-)电压时，可以如图中用虚线所示出地限定第一有效光电二极管区域PDe1。具体地，由于被施加负(-)电压的第二PD偏置图案B2至第四PD偏置图案B4可以在光电二极管区域PD中提供没有电子的耗尽区，因此在第二PD偏置图案B2至第四PD偏置图案B4周围，其中产生光电子的光电二极管区域PD会减小。接地的第一PD偏置图案B1可以使其中产生电子的光电二极管区域PD扩大。在第一操作周期中，与图3A和图3B中示出的光电二极管区域PD相比，有效光电二极管区域PDe1可以包括第一PD偏置图案B1的扩大的周缘和第二PD偏置图案B2至第四PD偏置图案B4的缩小的周缘。在第一操作周期中，可以向第一传输门TG1施加正(+)电压，并且可以向第二传输门TG2至第四传输门TG4施加负(-)电压。因此，在第一操作周期中，第一传输门TG1可以将在第一有效光电二极管区域PDe1中所产生的光电子传送到浮置扩散区域FD。
图5B是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的第二操作周期中的单位像素PX的操作的俯视图。参照图5B，当在第二操作周期中将单位像素PX的第二PD偏置图案B2接地并且向第一PD偏置图案B1、第三PD偏置图案B3和第四PD偏置图案B4施加负(-)电压时，可以如图中用虚线所示出地限定第二有效光电二极管区域PDe2。具体地，由于被施加负(-)电压的第一PD偏置图案B1、第三PD偏置图案B3和第四PD偏置图案B4可以在光电二极管区域PD中提供没有电子的耗尽区，因此在第一PD偏置图案B1、第三PD偏置图案B3和第四PD偏置图案B4周围，其中产生光电子的光电二极管区域PD会减小。接地的第二PD偏置图案B2可以使其中产生电子的光电二极管区域PD扩大。换句话讲，在第二操作周期中，与图3A和图3B中示出的光电二极管区域PD相比，有效光电二极管区域PDe2可以包括第二PD偏置图案B2的扩大的周缘以及第一PD偏置图案B1、第三PD偏置图案B3和第四PD偏置图案B4的缩小的周缘。在第二操作周期中，可以向第二传输门TG2施加正(+)电压，并且可以向第一传输门TG1、第三传输门TG3和第四传输门TG4施加负(-)电压。因此，在第二操作周期中，第二传输门TG2可以将第二有效光电二极管区域PDe2中所产生的光电子传送到浮置扩散区域FD。
图5C是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的第三操作周期中的单位像素PX的操作的俯视图。参照图5C，当在第三操作周期中将单位像素PX的第三PD偏置图案B3接地(G)并且向第一PD偏置图案B1、第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4施加负(-)电压时，可以如图中用虚线所示出地限定第三有效光电二极管区域PDe3。具体地，由于被施加负(-)电压的第一PD偏置图案B1、第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4可以在光电二极管区域PD的内部中提供没有电子的耗尽区，因此在第一PD偏置图案B1、第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4周围，其中产生光电子的光电二极管区域PD会减小。接地的第三PD偏置图案B3可以使其中产生电子的光电二极管区域PD扩大。在第三操作周期中，与图3A和图3B中示出的光电二极管区域PD相比，第三有效光电二极管区域PDe3可以包括第三PD偏置图案B3的扩大的周缘以及第一PD偏置图案B1、第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4的缩小的周缘。在第三操作周期中，可以向第三传输门TG3施加正(+)电压，并且可以向第一传输门TG1、第二传输门TG2和第四传输门TG4施加负(-)电压。因此，在第三操作周期中，第三传输门TG3可以将在第三有效光电二极管区域PDe3中所产生的光电子传送到浮置扩散区域FD。
图5D是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的第四操作周期中的单位像素PX的操作的俯视图。参照图5D，当在第四操作周期中将单位像素PX的第四PD偏置图案B4接地并且向第一PD偏置图案B1至第三PD偏置图案B3施加负(-)电压时，可以如图中用虚线所示出地限定第四有效光电二极管区域PDe4。具体地，由于被施加负(-)电压的第一PD偏置图案B1至第三PD偏置图案B3可以在光电二极管区域PD的内部中提供没有电子的耗尽区，因此在第一PD偏置图案B1至第三PD偏置图案B3周围，其中产生光电子的光电二极管区域PD会减小。接地的第四PD偏置图案B4可以使其中产生电子的光电二极管区域PD扩大。在第四操作周期中，与图3A和图3B中示出的光电二极管区域PD相比，第四有效光电二极管区域PDe4可以包括第四PD偏置图案B4的扩大的周缘和第一PD偏置图案B1至第三PD偏置图案B3的缩小的周缘。在第四操作周期中，可以向第四传输门TG4施加正(+)电压，并且可以向第一传输门TG1至第三传输门TG3施加负(-)电压。因此，在第四操作周期中，第四传输门TG4可以将在第四有效光电二极管区域PDe4中所产生的光电子传送到浮置扩散区域FD。
图6A是沿着图5A的线II-II’截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。参照图6A，在第一操作周期中，当在被施加负(-)电压的第二PD偏置图案B2至第四PD偏置图案B4的周缘中产生或形成耗尽区D时，可以限定第一有效光电二极管区域PDe1。在第一操作周期中，可以打开第一快门图案40_1，并且可以阻挡第二快门图案40_2至第四快门图案40_4。因此，只有透射通过第一微透镜60_1、第一滤色器50_1和第一快门图案40_1的光L能够照射到第一有效光电二极管区域PDe1中，并且透射通过第二微透镜60_2至第四微透镜60_4和第二滤色器50_2至第四滤色器50_4的光不能够照射到第一有效光电二极管区域PDe1的内部中。换句话讲，第一有效光电二极管区域PDe1可以只具有与第一滤色器50_1相同的颜色信息。在第一操作周期中，可以向第一传输门TG1施加正(+)电压，并且可以向第二传输门TG2至第四传输门TG4施加负(-)电压。因此，只有第一传输门TG1可以导通，因此第一有效光电二极管区域PDe1中的光电子可以被传送到浮置扩散区域FD。
图6B是沿着图5C的线III-III’截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。参照图6B，在第三操作周期中，当在被施加负(-)电压的第一PD偏置图案B1、第二PD偏置图案B2和第四PD偏置图案B4的周缘中产生或形成耗尽区D时，可以限定第三有效光电二极管区域PDe3。在第三操作周期中，可以打开第三快门图案40_3，并且可以阻挡第一快门图案40_1、第二快门图案40_2和第四快门图案40_4。因此，只有透射通过第三微透镜60_3、第三滤色器50_3和第三快门图案40_3的光L能够照射到第三有效光电二极管区域PDe3的内部中，并且透射通过第一微透镜60_1、第二微透镜60_2和第四微透镜60_4以及第一滤色器50_1、第二滤色器50_2和第四滤色器50_4的光不能够照射到第三有效光电二极管区域PDe3的内部中。换句话讲，第三有效光电二极管区域PDe3可以只具有与第三滤色器50_3相同的颜色信息。在第三操作周期中，可以向第三传输门TG3施加正(+)电压，并且可以向第一传输门TG1、第二传输门TG2和第四传输门TG4施加负(-)电压。也就是说，只有第三传输门TG3可以导通，因此第三有效光电二极管区域PDe3中的光电子可以被传送到浮置扩散区域FD。
图7是图像传感器的基板的下侧的栅格图案的布局。为了有助于理解所公开的技术，使用虚线将PD偏置图案B1至B4一起示出。参照图7，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的栅格图案30可以包括垂直延伸并彼此间隔开的垂直栅格图案30V和水平延伸并彼此间隔开的水平栅格图案30H，其中，垂直栅格图案30V和水平栅格图案30H彼此正交。栅格图案30V和30H可以按网格方式设置在基板10的下侧，使得垂直栅格图案30V中的每一个与水平栅格图案30H中的每一个交叉。基板10的下侧是快门图案40_1至40_4、滤色器50_1至50_4和微透镜60_1至60_4层叠的地方。图6A和图6B中示出的第一快门图案40_1至第四快门图案40_4和第一滤色器50_1至第四滤色器50_4可以层叠在由栅格图案30V和30H限定的第一单元空间S1至第四单元空间S4中，并且第一微透镜60_1至第四微透镜60_4可以层叠在栅格图案30V和30H以及第一滤色器50_1至第四滤色器50_4的上方。第一单元空间S1至第四单元空间S4中的每一个可以对应于红色、蓝色、第一绿色和/或第二绿色当中的一种。第一单元空间S1至第四单元空间S4可以与光电二极管区域PD交叠。换句话讲，光电二极管区域PD可以被第一单元空间S1至第四单元空间S4共享以接收所有颜色的光。
参照图5A，当在第一操作周期中打开第一快门图案40_1而阻挡第二快门图案40_2至第四快门图案40_4时，第一有效光电二极管区域PDe1可以产生通过第一滤色器50_1的具有第一颜色信息的光电子。具有第一颜色信息的光电子可以通过第一传输门TG1传送到浮置扩散区域FD。
参照图5B，当在第二操作周期中打开第二快门图案40_2而阻挡第一快门图案40_1、第三快门图案40_3和第四快门图案40_4时，第二有效光电二极管区域PDe2可以产生通过第二滤色器50_2的具有第二颜色信息的光电子。具有第二颜色信息的光电子可以通过第二传输门TG2传送到浮置扩散区域FD。
参照图5C，当在第三操作周期中打开第三快门图案40_3而阻挡第一快门图案40_1、第二快门图案40_2和第四快门图案40_4时，第三有效光电二极管区域PDe3可以产生通过第三滤色器50_3的具有第三颜色信息的光电子。具有第三颜色信息的光电子可以通过第三传输门TG3传送到浮置扩散区域FD。
参照图5D，当在第四操作周期中打开第四快门图案40_4而阻挡第一快门图案40_1至第三快门图案40_3时，第四有效光电二极管区域PDe4可以产生通过第四滤色器50_4的具有第四颜色信息的光电子。具有第四颜色信息的光电子可以通过第四传输门TG4传送到浮置扩散区域FD。
图8A和图8B是栅格图案30V和30H的三维立体图。参照图8A，栅格图案30V和30H可以被形成为两层。例如，水平栅格图案30H可以包括下水平栅格图案30Hl和上水平栅格图案30Hu，并且垂直栅格图案30V也可以包括下垂直栅格图案30Vl和上垂直栅格图案30Vu。根据所公开的技术的实施方式，上水平栅格图案30Hu和下垂直栅格图案30Vl可以包含诸如金属这样的导体，并且下水平栅格图案30Hl和上垂直栅格图案30Vu可以包含非导体。换句话讲，水平栅格图案30H和垂直栅格图案30V可以彼此电隔离。因此，空间S可以包括由平行的下垂直栅格图案30Vl产生的下电场和由并行的上水平栅格图案30Hu产生的上电场。图6A和图6B中的第一快门图案40_1至第四快门图案40_4可以在上电场和/或下电场的作用下被打开或阻挡。具体地，当打开第一快门图案40_1至第四快门图案40_4当中的一个时，可以阻挡第一快门图案40_1至第四快门图案40_4中的其余三个。
参照图8B，栅格图案30V和30H可以包括高度上相对短的垂直栅格图案30V和高度上相对高的水平栅格图案30H。水平栅格图案30H和垂直栅格图案30V可以彼此间隔开，以彼此电隔离。水平栅格图案30H和垂直栅格图案30V的相对位置可以被颠倒。
图9A至图9D概念性地例示了根据所公开的技术的实施方式的用于打开或关闭图像传感器的第一快门图案至第四快门图案的电压条件。参照图9A至图9D，当邻近的水平栅格图案30H具有水平电位差并且邻近的垂直栅格图案30V具有垂直电位差时，设置在它们之间的快门图案40_n可以被打开(被指示为“O”的单元空间)。当邻近的水平栅格图案30H或邻近的垂直栅格图案30V当中的任一个都没有电位差时，设置在它们之间的快门图案40_n可以被阻挡(被指示为“X”的单元空间)。换句话讲，只有当所有邻近的水平栅格图案30H和所有邻近的垂直栅格图案30V具有电位差时，快门图案40_n可以被打开。在图9A至图9D中，相对高的电位被指示为“H”，而相对低的电位被指示为“L”。“H”和“L”可以是可互换的。例如，在图9A中，当从上到下定位第一水平栅格图案至第五水平栅格图案时，在第二水平栅格图案30H和第三水平栅格图案30H之间以及在第四水平栅格图案30H和第五水平栅格图案30H之间存在水平电位差。在图9A的示例中，当从左到右定位第一垂直栅格图案至第五垂直栅格图案时，在第一垂直栅格图案30V和第二垂直栅格图案30V之间以及在第三垂直栅格图案30V和第四垂直栅格图案30V之间存在垂直电位差。因此，在图9A中，设置在图7中的单元空间S1中的快门图案被打开。图9B至图9D还示出了基于栅格图案的电位差来打开/关闭图像传感器的快门图案的实现方式。
图10是示意性地例示包括基于各种实施方式的图像传感器中的一个的电子装置900的示图。
参照图10，包括基于实施方式的图像传感器中的至少一个的电子装置900可以包括能够拍摄静止图像或移动图像的相机。电子装置900可以包括光学系统(或光学透镜)910、快门单元911、用于控制/驱动图像传感器800和快门单元911的驱动单元913以及信号处理单元912。图像传感器800可以包括根据各种实施方式的图像传感器100A至100P中的一个。
光学系统910可以将图像光(入射光)从物体引导到图像传感器800的像素阵列(参见图1的附图标记810)。光学系统910可以包括多个光学透镜。快门单元911可以控制图像传感器800的光照时段和遮光时段。驱动单元913可以控制图像传感器800的透射操作和快门单元911的快门操作。信号处理单元912对从图像传感器800输出的信号执行各种信号处理。信号处理之后的图像信号Dout可以被存储在诸如存储器这样的存储介质中，或者可以被输出到监视器等。
根据所公开的技术的实施方式，由于图像传感器被配置为通过只使用一个光电二极管区域来接收多种颜色的光，因此能够提高光电二极管区域的光接收能力和光电子产生能力。
根据所公开的技术的实施方式，图像传感器被设计成具有能够根据所施加的电压适当地改变以接收各种颜色的光的不同的有效光电二极管区域。
能够根据对所公开的技术的详细描述来理解本文中未描述的所公开的技术的各种实施方式的其它效果。
虽然已经相对于特定实施方式描述了所公开的技术，但是对于本领域的技术人员而言明显的是，可以进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本专利文献要求于2018年3月21日提交的韩国专利申请No.10-2018-0032550的优先权，该韩国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

Claims (17)

1.一种图像传感器，该图像传感器包括：
光感测区域，该光感测区域在基板中并且被配置为响应于所述光感测区域上的入射光而产生光电子；
偏置图案，所述偏置图案被布置成包围所述光感测区域并且包含导电材料；
浮置扩散区域，该浮置扩散区域处于所述光感测区域的中心，以存储所述光感测区域所产生的光电子；以及
传输门，所述传输门与所述浮置扩散区域部分地交叠并且能够进行操作以将所述光感测区域所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域，
其中，所述光感测区域和所述偏置图案彼此电隔离，
其中，所述偏置图案包括：
衬里绝缘层，该衬里绝缘层被形成在所述基板中所形成的沟槽的内壁上；以及
导体，该导体在所述衬里绝缘层上填充所述沟槽。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述偏置图案在俯视图中具有肘形形状，并且所述偏置图案径向地排列在所述光感测区域上方。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述偏置图案在纵向截面图中具有间隔壁的形状。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光感测区域被所述偏置图案包围。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述偏置图案中的每一个从所述基板的第一侧朝着所述基板的与所述第一侧相反的第二侧延伸，并且
所述偏置图案的下端与所述基板的所述第二侧间隔开。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述偏置图案各自包括焊盘区域，所述焊盘区域被构造成使所述偏置图案与接触插塞接触。
7.一种图像传感器，该图像传感器包括：
光感测区域，该光感测区域在基板中并且被配置为响应于所述光感测区域上的入射光而产生光电子；
偏置图案，所述偏置图案被布置成包围所述光感测区域并且包含导电材料；
浮置扩散区域，该浮置扩散区域处于所述光感测区域的中心，以存储所述光感测区域所产生的光电子；
传输门，所述传输门与所述浮置扩散区域部分地交叠并且能够进行操作以将所述光感测区域所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域；
水平栅格图案，所述水平栅格图案被设置在所述基板上；以及
垂直栅格图案，所述垂直栅格图案被设置在所述基板上并且被布置成与所述水平栅格图案交叉，
其中，所述光感测区域和所述偏置图案彼此电隔离，
其中，所述水平栅格图案和所述垂直栅格图案提供与所述光感测区域交叠的单元空间，
其中，所述水平栅格图案和所述垂直栅格图案彼此电隔离。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
快门图案，所述快门图案被分别布置在所述单元空间中；以及
滤色器，所述滤色器被分别设置在所述快门图案的上方，每个滤色器被构造成允许透射所选择的颜色的光，而阻挡其它颜色的光。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述快门图案被打开或关闭，以仅当对应的快门图案被打开时透射光。
10.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板；
第一PD偏置图案至第四PD偏置图案，该第一PD偏置图案至该第四PD偏置图案被设置在所述基板中，并且包含导电材料并在所述基板中提供光电二极管区域；
浮置扩散区域，该浮置扩散区域被设置在所述基板的上部以及所述光电二极管区域的中心周围；以及
第一传输门至第四传输门，该第一传输门至该第四传输门被设置在所述基板上方，以与所述光电二极管区域和所述浮置扩散区域交叠，以便将所述光电二极管区域中所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域，
其中，所述第一PD偏置图案至所述第四PD偏置图案径向地排列在所述光电二极管区域的第一象限至第四象限上并且彼此间隔开，
其中，所述第一PD偏置图案至所述第四PD偏置图案中的每一个包括：
衬里绝缘层，该衬里绝缘层被共形地形成在所述基板中所形成的沟槽的内壁上；以及
导体，该导体在所述衬里绝缘层上填充所述沟槽。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述光电二极管区域和所述第一PD偏置图案至所述第四PD偏置图案彼此电隔离。
12.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板；
第一PD偏置图案至第四PD偏置图案，该第一PD偏置图案至该第四PD偏置图案被设置在所述基板中，并且包含导电材料并在所述基板中提供光电二极管区域；
浮置扩散区域，该浮置扩散区域被设置在所述基板的上部以及所述光电二极管区域的中心周围；
第一传输门至第四传输门，该第一传输门至该第四传输门被设置在所述基板上方，以与所述光电二极管区域和所述浮置扩散区域交叠，以便将所述光电二极管区域中所产生的光电子传送到所述浮置扩散区域；
栅格图案，所述栅格图案被设置在所述基板的与所述第一传输门至所述第四传输门相反的一侧；以及
第一单元空间至第四单元空间，该第一单元空间至该第四单元空间共享所述光电二极管区域，
其中，所述第一PD偏置图案至所述第四PD偏置图案径向地排列在所述光电二极管区域的第一象限至第四象限上并且彼此间隔开，
其中，所述第一单元空间至所述第四单元空间中的每一个被所述栅格图案包围。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
第一快门图案至第四快门图案，该第一快门图案至该第四快门图案被分别布置在所述第一单元空间至所述第四单元空间中；以及
第一滤色器至第四滤色器，该第一滤色器至该第四滤色器被分别设置在所述第一快门图案至所述第四快门图案的上方。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述第一快门图案至所述第四快门图案被打开或关闭，并且被配置为当对应的快门图案被打开时透射光。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，当所述第一快门图案至所述第四快门图案中的一个被打开时，其它三个快门图案被关闭。
16.根据权利要求12所述的图像传感器，
其中，所述栅格图案包括在水平方向上彼此平行延伸的水平栅格图案和在垂直方向上彼此平行延伸的垂直栅格图案，并且
所述水平栅格图案和所述垂直栅格图案彼此电隔离。
17.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第一PD偏置图案至所述第四PD偏置图案在俯视图中具有肘形形状，并且在截面图中具有间隔壁的形状。
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