CN117096167A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种图像传感器，包括在半导体衬底的内部和顶部形成的多个感光点，每个感光点包括：第一光敏区，在该半导体衬底中形成，且适合捕捉第一波长范围内的光；第二光敏区，在半导体衬底中形成，与第一光敏区竖直成直线，且适合捕捉第二波长范围内的光，第二波长范围不同于第一波长范围；第一光敏区和第二光敏区中光生的电荷的第一收集区，布置在与该第一光敏区相对的衬底的表面的一侧；第一转移栅极，从第一光敏区竖直地延伸至所述表面，适合将第一光敏区中光生的电荷转移到第二光敏区；以及第二转移栅极，在所述表面上水平地延伸，与第二光敏区竖直成直线，适合将光生的电荷从第二光敏区转移到第一电荷收集区。

Description

图像传感器
技术领域
本公开总体上涉及图像采集装置领域。本公开更具体地涉及适合借助于同一像素阵列采集场景的2D图像和深度图像的图像采集装置。
背景技术
能够采集场景的2D图像和深度图像的图像采集装置是已知的。具体地，装置包括形成图像传感器的同一像素阵列的一部分的2D图像像素和深度像素是已知的。
发明内容
存在改进现有的采集场景的2D图像和深度图像的装置。更准确地，将期望促进深度像素在适合采集2D图像和深度图像的图像传感器的像素阵列中的积分(integration)。
实施例的目的在于克服采集场景的2D图像和深度图像的已知装置的全部或部分缺点。更准确地，实施例旨在促进深度像素在适合采集2D图像和深度图像的图像传感器的像素阵列中的积分。
为此目的，实施例提供了一种图像传感器，包括在半导体衬底的内部和顶部形成的多个感光点(photosite)，每个感光点包括：
-第一光敏区，在半导体衬底中形成，并且适合捕捉第一波长范围内的光；-第二光敏区，在半导体衬底中形成，与该第一光敏区竖直成直线，并且适合捕捉第二波长范围内的光，该第二波长范围不同于该第一波长范围；
-第一光敏区和第二光敏区中光生的电荷的第一收集区，布置在衬底与该第
一光敏区相对的表面的一侧；
-第一转移栅极，从该第一光敏区竖直地延伸至所述表面，适合将该第一光
敏区中光生的电荷转移到该第二光敏区；以及
-第二转移栅极，在所述表面上水平地延伸而与该第二光敏区竖直成直线，
适合将光生的电荷从该第二光敏区转移到第一电荷收集区。
根据实施例，每个感光点还包括：
-在第二光敏区中光生的电荷的至少一个第二收集区，被布置在所述表面的一侧；和
-至少一个第三转移栅极，在所述表面上横向地延伸而与第二光敏区竖直成直线。
根据实施例，每个感光点还包括：
-第三光敏区，介于第一光敏区与第二光敏区之间；和
-第四转移栅极，从第三光敏区竖直地延伸直至所述表面，并且适合将第三光敏区中光生的电荷转移到第二光敏区。
根据实施例，第一电荷收集区对第一、第二和第三光敏区中光生的电荷是共同的。
根据实施例，第一转移栅极围绕第四转移栅极。
根据实施例，每个感光点还包括：外围绝缘沟槽，在半导体衬底中从所述表面竖直地延伸，并且横向地界定第一光敏区。
根据实施例，每个感光点还包括：控制电路，被配置为在第一转移栅极上交替地施加：
-第一电势，适合阻止电荷从第一光敏区转移到第二光敏区；和
-不同于第一电势的第二电势，适合允许电荷从第一光敏区转移到第二光敏区。
根据实施例，控制电路被配置为在第二传输栅极上交替地施加：
-第三电势，适合阻止电荷从第二光敏区转移到第一电荷存储区；和
-不同于第三电势的第四电势，适合允许电荷从第二光敏区转移到第一电荷存储区。
根据实施例，传感器还包括：第五转移栅极，在所述表面上水平地延伸而与第二光敏区竖直成直线，该第五转移栅极适合将光生的电荷从第二光敏区转移到第二电荷收集区。
根据实施例，第二转移栅极和第五转移栅极在第二光敏区中光生的电荷的采样阶段期间被相继地打开。
根据实施例，第二转移栅极和第五转移栅极通过开关耦合在一起。
根据实施例，传感器的感光点的第一光敏区和第二光敏区意图分别捕捉场景的2D图像和深度图像。
根据实施例，第一光敏区和第二光敏区掺杂有相同的导电类型。
根据实施例，第一光敏区掺杂有第一导电类型，并且第二光敏区掺杂有与第一导电类型相反的第二导电类型。
实施例提供了一种设备，包括：
-诸如所描述的图像传感器；
-红外辐射发射源；以及
-用于控制红外辐射发射源和图像传感器的电路。
附图说明
本发明的前述及其他特征和优点将结合附图在以下具体实施例的非限制性描述中详细讨论，在附图中，
图1是根据实施例的图像传感器的感光点的简化局部俯视图；
图2A是沿图1的平面AA的图1的感光点的横截面视图；
图2B是沿图1的平面BB的图1的感光点的横截面视图；
图3是根据实施例的包括多个图1的感光点类型的感光点的图像传感器的简化局部横截面视图；
图4是根据实施例的用于控制图1的感光点的电路的电气图；
图5是根据另一个实施例的用于控制图1的感光点的电路的电气图；
图6是示出控制图3的图像传感器的感光点的方法的实现模式的时序图；
图7是根据实施例的用于控制四个图1的感光点类型的感光点的电路的电气图；
图8是根据另一实施例的图像传感器的感光点的简化局部俯视图；
图9是根据实施例的用于控制图8的感光点的电路的电气图；
图10是根据又一实施例的图像传感器的感光点的简化局部俯视图；以及
图11A是沿图10的平面AA的图10的感光点的横截面视图。
具体实施方式
在各图中，相同的特征已由相同的附图标记指明。具体地，在各种实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以设置完全相同的结构、尺寸和材料属性。
为了清楚起见，仅详细说明和描述了对于理解本文所描述的实施例有用的步骤和元件。具体地，读出电路、或列解码器、控制电路、或行解码器，和可以提供图像传感器的应用尚未详细描述，所描述的实施例和变型与常见的图像传感器读出电路和控制电路以及常见的实施图像传感器的应用相兼容。
此外，MOS阱(well)的偏压以及位于沿竖直转移栅极和绝缘沟槽两侧的钝化层都没有详细描述。
除非另有说明，否则当提到连接在一起的两个元件时，这表示除了导体以外没有任何中间元件的直接连接，而当提到耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其他元件被耦合。
在以下描述中，“层的透射率(transmittance of a layer)”表示射出该层的辐射强度与进入该层的辐射强度之比。在以下描述中，当辐射通过层或膜的透射率小于10％时，该层或该膜被称为对辐射不透明。在以下描述中，当辐射穿过层或膜的透射率大于10％时，该层或该膜被称为对辐射透明。
在以下描述中，“可见光(visible light)”指明波长范围从380nm至700nm的电磁辐射，而“红外辐射(infrared radiation)”指明波长范围范围从780nm至15μm的电磁辐射。此外，“近红外辐射(near infrared radiation)”更准确地指明波长范围从750nm至1.1μm的电磁辐射。
图像的像素对应于由图像传感器捕捉到的图像的单位元素。当图像传感器是彩色图像传感器时，它对于待采集的彩色图像的每个像素，通常包括一组至少三个感光点(photosite)。这三个感光点中的每一个都大致上以单一颜色(例如，红色、绿色或蓝色)采集光辐射，例如，以小于100nm的波长范围。当图像传感器是深度图像传感器时，它对于待采集的深度图像的每个像素，可以包括一个或多个感光点，每个感光点使能采集深度信息的一部分。
在以下描述中，当提到诸如术语“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“左边”、“右边”等限定绝对位置的术语，或诸如术语“上面”、“下面”、“上部”、“下部”等限定相对位置的术语，或提到诸如术语“水平”、“垂直”等限定方向的术语时，除非另有说明，否则是指附图的取向。
除非另有说明，否则表达“大约(about)”、“近似(approximately)”、“大致上(substantially)”和“以……的数量级(in the order of)”表示正负10％，优选是正负5％。
图1是根据实施例的图像传感器的感光点100的简化局部俯视图。图2A和图2B是分别沿图1的平面AA和平面BB的图1的感光点100的横截面视图。
在所示的示例中，感光点100在例如由硅制成的半导体衬底101的内部和顶部形成。作为示例，层101具有范围从3μm至20μm的厚度。
在该示例中，感光点100包括在半导体衬底101中形成的第一光敏区103。如图2A和图2B中示出的，第一光敏区103跨半导体衬底101的厚度，从衬底101的底面101B竖直向下延伸至比衬底101的厚度更小的深度。在所示的示例中，感光点100的第一光敏区103在俯视图中具有大致为正方形的外周。第一光敏区103例如在第一导电类型(例如，N型)的半导体衬底101的第一掺杂区域105中形成，并且具有掺杂浓度(doping level)N1。
第一光敏区103可以例如形成第一光敏二极管D1，或光电二极管，例如具有引脚电压(pinning voltage)Vpin1的引脚型二极管。
在所示的示例中，感光点100还包括在半导体衬底101中形成的第二光敏区107。第二光敏区107竖直地位于与第一光敏区103成直线(以图2A和图2B的取向，在第一光敏区103上面)。在所示的示例中，第二光敏区107跨半导体衬底101的厚度，从衬底101与底面101B相对的顶面101T竖直地向下延伸至比衬底101的厚度更小的深度。在俯视图中，第二光敏区107例如具有矩形的外周。第二光敏区107例如具有比第一光敏区103的那些更小的横向尺寸。更准确地，在俯视图中，由第二光敏区107形成的矩形内接在由第一光敏区103形成的正方形内。第二光敏区107例如在第一导电类型(在该示例中为N型)的衬底101的第二掺杂区域109中形成，并且具有掺杂浓度N2。例如，衬底101的第二区域109的掺杂率N2大于第一区域105的掺杂浓度N1。在所示的示例中，衬底101的第二区域109通过其底面与下层的第一区域105的顶面接触。此外，在该示例中，第二光敏区107通过其底面与下层的第一光敏区103的顶面大致上接触。
第二光敏区107可以例如形成第二光敏二极管D2，例如，具有引脚电压Vpin2的引脚型光电二极管。在该示例中，第二光电二极管D2的引脚电压Vpin2高于第一光电二极管D1的引脚电压Vpin1。
每个光敏区103、107例如意图在包括感光点100的图像传感器的照明阶段期间收集入射光子，并且将这些光子转化成电子-空穴对。在该示例中，第一光敏区103适合捕捉第一波长范围内的光，第二光敏区107适合捕捉不同于第一波长范围的第二波长范围内的光。第一和第二光敏区103和107例如意图分别捕捉场景的2D图像和深度图像。作为示例，当感光点100在其底面101B的一侧被照射时，感光点100的第一光敏区103适合捕捉可见光，例如，蓝光，而感光点100的第二光敏区107适合捕捉红外辐射，例如，近红外辐射。
在第一和第二光敏区103和107由相同材料(例如，硅)制成的情况下，可见光和红外辐射主要在半导体衬底101中从其底面101B开始在不同深度处被吸收。在这种情况下，可见光的主要吸收深度小于红外辐射的吸收深度。第二光敏区107可以例如具有大于第一光敏区103的厚度，以优化红外辐射在第二光敏区107中的吸收。
在所示的示例中，感光点100还包括横向地界定第一光敏区103的外围绝缘沟槽111，例如，电容性绝缘沟槽。更准确地，在该示例中，外围绝缘沟槽111沿第一光敏区103的所有横向表面的边缘，并且在俯视图中具有大致正方形的外周。
外围绝缘沟槽111使感光点100的第一和第二光敏区103和107与相邻感光点的光敏区电绝缘，在图1、图2A和图2B中未显示。外围绝缘沟槽111在衬底101中形成。在图2A和图2B的取向中，外围绝缘沟槽111跨衬底101的厚度，从衬底101的顶面101T向下竖直地延伸至衬底101的底面101B。换言之，在该示例中，外围绝缘沟槽111竖直延伸穿过衬底101的整个厚度，并且出现在衬底101的顶面101T和底面101B的一侧上。
外围绝缘沟槽111例如具有范围从30nm至600nm的厚度和范围从5μm至20μm的深度。在图2A和图2B所示的示例中，外围绝缘沟槽111的深度等于衬底101的厚度。
虽然这在图1、图2A和图2B中尚未详细描述，但是外围绝缘沟槽111例如包括导电区域，该导电区域具有涂覆了电绝缘层的侧壁。该层将沟槽111的导电区域与衬底101电绝缘。作为示例，沟槽111的导电区域由多晶硅或由金属(例如铜)或由金属合金制成，并且沟槽111的电绝缘层由介电材料(例如二氧化硅)制成。作为示例，外围绝缘沟槽111是CDTI类型(“电容性深沟槽隔离”)的沟槽或电容性深绝缘沟槽。
在图1、图2A和图2B所示的示例中，感光点100还包括竖直转移栅极(verticaltransfer gate，VEGA)，适合将第一光敏区103中光生的电荷转移到第二光敏区107。更准确地，用于控制感光点100的电路可用于在竖直转移栅极VEGA上交替地施加：
-第一电势，其适合阻止电荷从第一光敏区103转移到第二光敏区107；
-不同于第一电势的第二电势，其适合允许电荷从第一光敏区103转移到第二光敏区107。
在该示例中，竖直转移栅极VEGA包括两个分离的绝缘沟槽115，例如电容性绝缘沟槽。如图2A和图2B所示，竖直转移栅极VEGA中的每个绝缘沟槽115跨半导体衬底101的厚度，从衬底101的顶面101T向下竖直地延伸至第一光敏区103，并且部分地向下穿入第一光敏区103至对应于外围绝缘沟槽111深度的深度。换言之，每个绝缘沟槽115停止穿过衬底101的第一区域105的厚度，并且不出现在衬底101的底面101B的一侧上。在该示例中，每个绝缘沟槽115完全穿过衬底101的第二区域109，并且部分地穿入第一区域105。作为示例，每个绝缘沟槽115具有范围从3μm至18μm的深度。
在所示的示例中，绝缘沟槽115形成两个大致上彼此平行的板，并且其沿着第二光敏区107的两个相对的侧面的边缘。在该示例中，绝缘沟槽115在俯视图中进一步大致平行于外围绝缘沟槽111的两个相对侧。
通常，竖直转移栅极VEGA至少包括彼此平行的第一板和第二板，每个板例如包括涂覆有绝缘层的导电板，第二光敏层107从第一板的表面横向地延伸至位于第一板前面的第二板的表面。换言之，第二光敏区107在由形成部分竖直转移栅极VEGA的至少两个板横向地界定的体积内部延伸。
在该示例中，二极管D1和D2的引脚电压Vpin1和Vpin2可以通过修改光敏区103和107的掺杂浓度N1和N2来调整。电压Vpin1和Vpin2还可以通过分别修改平行于绝缘沟槽115的外围绝缘沟槽111的两个相对壁之间的距离以及竖直转移栅极VEGA的宽度(换言之，两个绝缘沟槽115之间的距离)来调整。电压Vpin1和Vpin2还取决于用于偏置反型层(inversionlayer)的电压，该反型层对于光敏区103使沟槽111的两侧钝化，并且对于光敏区107使沟槽115的两侧钝化。该偏置电压例如对于两个光敏区103和107是完全相同的。在该示例中，用于偏置反型层的电压并不使能彼此独立地调节引脚电压Vpin1和Vpin2。
竖直转移栅极VEGA的每个绝缘沟槽115例如具有与外围绝缘沟槽111相似的结构。更准确地，虽然这在图1、图2A和图2B中尚未详细描述，但是每个绝缘沟槽115例如包括导电区域，该导电区域例如由多晶硅或由金属(例如铜)或由金属合金制成。每个绝缘沟槽115的导电区域例如由与外围绝缘沟槽111的导电区域相同的材料制成。此外，每个沟槽115例如包括涂覆导电区域的侧壁和底面的电绝缘层。该层将沟槽115的导电区域与衬底101电绝缘。作为示例，每个沟槽115的电绝缘层由介电材料(例如二氧化硅)制成。每个绝缘沟槽115的电绝缘层例如由与外围绝缘沟槽111的电绝缘层相同的材料制成。
每个绝缘沟槽115的导电区域例如与外围绝缘沟槽111的导电区域电绝缘。这例如使绝缘沟槽115的导电区域能够独立于外围绝缘沟槽111的导电区域进行偏置。
在所示的示例中，感光点100还包括第一和第二光敏区103和107中光生的电荷的同一收集区117，其布置在半导体衬底101与第一光敏区103相对的顶面101T的一侧。在图2B的取向中，电荷收集区117跨衬底101的厚度从衬底101的顶面101T竖直延伸，并向下至比绝缘沟槽115深度更小的深度。电荷收集区117例如对应于第一导电类型(在该示例中为N型)的衬底101的第三掺杂区域，并且具有例如范围从1×1016至5×1020at./cm3的掺杂浓度(N+掺杂)。
在该示例中，感光点100还包括适合将电荷从第二光敏区107转移到电荷收集区117的水平转移栅极119。更准确地，用于控制感光点100的电路可以用于在水平转移栅极119上交替地施加：
-第三电势，适合阻止电荷从第二光敏区107转移到电荷收集区117；或者-不同于第三电势的第四电势，适合允许电荷从第二光敏区107转移到电荷收集区117。
在所示的示例中，水平转移栅极119在半导体衬底101的顶面101T上水平地延伸与第二光敏区107竖直成直线。更准确地，转移栅极119包括涂覆半导体衬底101的顶面101T的一部分的电绝缘层121(例如，由二氧化硅制成)以及涂覆电绝缘层121的顶面的导电层123(例如，由掺杂多晶硅制成)。
在所示的示例中，半导体衬底101还包括第四掺杂区域125，具有与第一导电类型相反的第二导电类型(在该示例中为P型)且具有掺杂浓度P1。在该示例中，第四区域125跨衬底101的厚度从衬底101的顶面101T竖直地延伸，并向下至比电荷收集区117深度更小的深度。第四区域125例如在竖直转移栅极VEGA的绝缘沟槽115之间水平地延伸。
衬底101例如还包括第五掺杂区域127，具有第一导电类型(在该示例中为N型)且具有掺杂浓度N3。例如，第五区域127的掺杂浓度N3高于第二区域109的掺杂浓度N2且低于区117的掺杂浓度N4。例如，第五区域127被定位为与第四区域125竖直成直线。在该示例中，衬底101的第四区域125通过其底面与下层的第五区域127的顶面接触。在该示例中，第五区域127跨衬底101的厚度从第四区域125的底面竖直地延伸向下至比电荷收集区117深度更小的深度。
在所示的示例中，半导体衬底101还包括第六掺杂区域129，具有第二导电类型(在该示例中为P型)且具有掺杂浓度P2。在该示例中，第六区域129跨衬底101的厚度从衬底101的顶面101T竖直地延伸向下至比衬底101的电荷收集区117和第五区域127厚度更大的深度。例如，第六区域129一方面介于第四区域和第五区域125和127之间，另一方面介于电荷收集区117之间。此外，如图2B所示的示例，第六区域129可以在衬底101的第五区域127下方和电荷收集区117下方水平地延伸。在该示例中，区域129进一步延伸直至外围绝缘沟槽111。
在该示例中，转移栅极119的导电层123和电绝缘层121分别对应于晶体管MTG(例如，MOS(“金属氧化物半导体”)晶体管)的栅极电极和栅极绝缘体，用于转移在第一和第二光敏区103和107中光生的电荷。此外，衬底101的第三、第五和第六区域117、127和129分别对应于晶体管MTG的漏极、源极和沟道区域。衬底101的第四区域125例如使能钝化第五区域127的表面。
作为示例，第一、第二、第三、第四、第五和第六区域105、109、117、125、127和129通过在半导体衬底101中进行离子注入(ion implantation)来形成。
在所示的示例中，感光点100还包括另一个水平转移栅极131，适合将电荷从第二光敏区107转移到感光点100的复位节点(未显示)。转移栅极131例如具有与转移栅极119完全相同或相似的结构，在下文将不再赘述。更准确地，转移栅极131例如形成另一个转移晶体管MTGRST(例如MOS晶体管以用于复位光敏区103和107)的一部分。例如，复位晶体管MTGRST具有与转移晶体管MTG完全相同或相似的结构。具体地，晶体管MTGRST例如包括与晶体管MTG的电荷收集区117完全相同或相似的电荷收集区132。在所示的示例中，第二电荷收集区132在衬底101的顶面101T上横向地延伸而与第二光敏区107竖直成直线。
在所示的示例中，感光点100还包括位于第二光敏区107的任一侧的绝缘沟槽133。绝缘沟槽133跨半导体衬底101的厚度，从其顶面101T竖直地延伸向下至例如比电荷收集区117厚度更小的深度。在该示例中，绝缘沟槽133在大致垂直于由竖直转移栅极VEGA的绝缘沟槽115形成的板的方向上进一步水平地延伸。在所示的示例中，每个沟槽133的底部位于区域129的顶部且与其接触。作为示例，绝缘沟槽133是STI(“浅沟槽隔离”)类型的沟槽，或者浅绝缘沟槽，并且例如具有大约300nm的深度。
图3是根据实施例的图像传感器300的简化局部视图，该图像传感器300包括多个图1的感光点100类型的感光点。图3中可见的传感器300的部分更准确地包括仅适合捕捉可见光(例如绿光)的感光点100G，以及适合捕捉红外辐射和可见光(例如蓝光)两者的感光点100Z。图3的感光点100G和100Z例如各自具有与图1的感光点100完全相同或相似的结构。虽然在图3中仅显示了感光点100类型的两个感光点100G和100Z，但是图像传感器300当然可以包括比图3所示的数量多得多的感光点100G和100Z的总数，例如，几千或几百万个感光点100G和100Z。
在所示的示例中，传感器300的感光点100G和100Z在使能控制感光点100G和100Z的互连网络301的顶部，且在其表面101T的一侧(在图3的取向上是底面)与其接触。互连网络301例如包括由介电层彼此分离的金属化层的堆叠(stack)。网络301的每个金属化层典型地包括相同金属层的彼此电绝缘的多个单独部分。互连网络301还可以包括导电通孔，该导电通孔使能互连金属层的多个部分，其形成了不同金属化层的一部分。出于简化的目的，金属化层、介电层和导电通孔在图3中尚未详细描述。
在图像传感器300的示例中，感光点100Z的第一光敏区103适合捕捉可见光，例如蓝光，而感光点100Z的第二光敏区107适合捕捉红外辐射，例如近红外辐射。
在该示例中，感光点100G的光敏区103和107两者都适合捕捉可见光，例如绿光。作为示例，感光点100G的竖直转移栅极VEGA可以被永久控制为导电状态。在这种情况下，感光点100G的第一和第二光敏区103和107例如被聚集或共享，从而形成单个光敏区103。
在所示的示例中，每个感光点100G、100Z在其表面101B的一侧(在图3的取向上是顶面)涂覆有抗反射和钝化层305。
在该示例中，感光点100G的层305涂覆有树脂层307。作为示例，树脂层307充当适合仅让绿光(例如，波长范围从510nm至570nm)通过的滤色器。此外，感光点100Z的层305涂覆有不同于层307的树脂层309。作为示例，树脂层309充当适合仅让蓝光(例如，波长范围从430nm至490nm)通过的滤色器。
在所示的示例中，感光点100G的树脂层307涂覆有另一树脂层311。作为示例，树脂层311充当适合让可见光(例如，波长范围从400nm至700nm)通过的滤光器，层311例如对于以大约940nm为中心的波长范围或波段是不透明的。此外，感光点100Z的树脂层309涂覆有树脂层313。层313例如对于可见光和红外辐射是透明的，并且使能补偿感光点100Z的层309与感光点100G的层311之间的高度差。
在所示的示例中，感光点100G的层305、307和311由竖直光学隔离屏障315与感光点100Z的层305、309和313分隔开。竖直屏障315使能例如避免传感器300的不同感光点100G、100Z之间的光学串扰(crosstalk)现象。
在该示例中，每个感光点100G、100Z还被覆盖有微透镜317。
层313例如由与微透镜317相同的材料制成。作为变型，层313由二氧化硅(SiO2)制成。
如图3所示，双频带(dual-band)滤波器319可以被布置在微透镜317上方。滤波器319例如适合仅让可见光和波长约等于940nm的红外辐射通过。
为了采集2D彩色图像，图像传感器300的感光点例如分布在四个感光点的基本组中，每组更准确地包括：适合捕捉蓝光和红外辐射的感光点100Z(被称为蓝色和深度感光点)，两个适合仅捕捉绿光的感光点100G(被称为绿色感光点)以及适合仅捕捉红光的感光点(被称为红色感光点)。红色感光点例如具有与先前针对绿色感光点100G描述相似的结构。更准确地，红色感光点例如与绿色感光点100G的不同之处在于，红色感光点的树脂层307适合仅让例如波长范围从620nm至700nm的红光通过。作为示例，图像传感器300的感光点被布置成拜耳阵列(Bayer array)。
除了场景的2D彩色图像以外，图像传感器300例如适合采集场景的深度图像。深度图像例如由图像传感器300通过间接飞行时间(indirect time of flight，iToF)实施距离测量来采集。为此目的，以调制频率Fmod被调幅的入射红外辐射或信号例如由光源向场景发射。由场景反射的、相对于入射辐射具有相移的辐射或信号由图像传感器300的感光点100Z捕捉。对于每个感光点，由感光点捕捉的辐射的相移/>是该设备与感光点看到的场景的点或区域之间的距离的函数。
作为示例，对于待由图像传感器300采集到的深度图像的每个像素，一组四个相邻感光点100Z可用于采样由场景反射的信号，以估计相移(以2π为模)。更准确地，四个感光点100Z例如被配置为在反射信号的每个调制周期(频率Fmod)期间采集四个连续的样本，每个样本对应于感光点100Z的第二光敏区107中在约等于反射信号周期的四分之一的持续时间内光生的电荷量，然后被转移到存储区。这四个样本在反射信号的多个周期上(例如，在几千或几百万个周期上)累积或积分，并且使能回溯入射波与反射波之间的相移/>
作为变型，对于待采集的深度图像的每个像素，可以提供仅使用三个相邻的感光点。在这种情况下，三个感光点100Z例如被配置为在反射信号的每个周期期间采集三个连续的样本，每个样本对应于在采样窗口期间光生的电荷量，每个采样窗口约等于反射信号周期的三分之一。
作为变型，可以提供使用例如两个感光点100Z以采集四个样本，适合形成深度图像的相同像素的两个感光点100Z中的每一个例如用于采集两个连续的子图像。更准确地，两个感光点100Z例如被配置为在第一采集阶段期间采集对应于光信号调制周期的第一和第二四分之一的样本，并且在第二采集阶段期间采集对应于光信号调制周期的第三和第四四分之一的样本。两个子图像的组合使能获得四个样本，从这四个样本中计算相移以形成深度图像。
通过同一感光点采集多个样本有利地使能增加传感器分辨率。作为示例，与每个感光点被配置为采集单个样本的情况相比，传感器分辨率可以通过将每个感光点配置为采集两个或三个样本来提高，其中深度图像的每个像素分别借助于两个感光点或单个感光点来获得。此外，由同一感光点采集多个样本有利地使能提高图像捕捉速率。作为示例，在使用两个感光点以恢复深度图像的每个像素的情况下，如果每个感光点捕捉单个样本，则使用两个图像来计算距离，而如果每个感光点捕捉两个样本，则使用单个图像来计算距离。然而，借助于同一感光点采集多个样本的事实倾向于增加感光点的尺寸。
图4是根据实施例的用于控制图1的感光点100的电路400的电气图。例如，电路400更准确地用于感光点100被实施作为适合捕捉蓝光和红外辐射的感光点100Z的情况。
在图4所示的示例中，控制电路400包括第一级400A和第二级400B，该第一级400A专用于收集感光点100Z的第一和第二光敏区103和107中光生的电荷，而第二级400B专用于存储和读取源自第一级400A的电荷。
在电路400的第一级400A中，竖直转移栅极VEGA将第一引脚型光电二极管D1的阴极耦合至第二引脚型光电二极管D2的阴极。竖直转移栅极VEGA使能将光电二极管D1中光生的电荷转移到光电二极管D2。此外，在该示例中，在图4中由开关以符号表示的转移晶体管MTGRST将第二引脚型二极管D2的阴极耦合至施加感光点100Z的电源电势VRT的节点401。电势VRT例如被用作复位电势。在图4中由开关以符号表示的转移晶体管MTG将二极管D2的阴极耦合至第一电荷存储节点SN1。晶体管MTG允许电荷从光电二极管D2转移到节点SN1。节点SN1例如连接至第一和第二光敏区103和107中光生电荷的收集区117。在所示的示例中，节点SN1形成电路的一部分，用于将节点SN1处存在的电势复制或转移到另一个电荷存储节点SN2上。
在该示例中，电路450包括开关MRST，例如，MOS晶体管，将节点SN1耦合至施加电源电势VRT的节点401。例如，开关MRST使能通过向其施加电势VRT来复位节点SN1。在图4所示的示例中，节点SN1连接至电路450的晶体管MSF(例如，MOS晶体管)的栅极，其漏极和源极分别连接至施加电势VRT的节点401和第二电荷存储节点SN2。装配作为电压跟随器的晶体管MSF例如使能将节点SN1处的电压复制到节点SN2上以在栅极-源极电压内。此外，在该示例中，节点SN2连接至电路450的另一晶体管MB(例如，MOS晶体管)的漏极，其源极和栅极分别连接至施加参考电势(例如，地)的节点403，以及施加电势Vb(例如，与电路400的公共偏置电压相关联)的节点405。在该示例中，晶体管MB被组装成电流源，并且能够以恒定电流给晶体管MSF供电
在所示的示例中，电路400的第二级400B包括四个支路SIGZ、RSTZ、RSTB和SIGB，每个支路将电路450的节点SN2耦合至列Vx1。列Vx1例如连接至位于列脚的读出电路(图4中未示出)。
在该示例中，支路SIGZ、RSTZ、RSTB和SIGB分别包括：
-第一开关MSMPSIGZ、MSMPRSTZ、MSMPRSTB、MSMPSIGB，将节点
SN2耦合至节点VZSIG、VZRST、VBRST、VBSIG；
-电容元件C1、C2、C3、C4，包括连接至节点VZSIG、VZRST、VBRST、VBSIG的第一端子和连接至施加参考电势的节点403的第二端子；
-晶体管MSFSIGZ、MSFRSTZ、MSFRSTB、MSFSIGB，包括连接至节点
VZSIG、VZRST、VBRST、VBSIG的栅极端子和连接至施加电势VRT的节点401的漏极端子；以及
-第二开关MRDSIGZ、MRDRSTZ、MRDRSTB、MRDSIGB，将晶体管
MSFSIGZ、MSFRSTZ、MSFRSTB、MSFSIGB的源极端子耦合至列Vx1。
作为示例，电路400的支路SIGZ、RSTZ、RSTB和SIGB的开关和晶体管都是MOS晶体管。
在该示例中，开关MSMPSIGZ、MSMPRSTZ、MSMPRSTB、MSMPSIGB都通过例如允许对这些电容元件的写访问而用作节点SN2与相应的电容元件C1、C2、C3、C4之间的多路复用开关。MOS晶体管MSFSIGZ、MSFRSTZ、MSFRSTB、MSFSIGB被组装为电压跟随器，并且例如被用于将相应的电容元件C1、C2、C3、C4存储的电压复制到其源极上，到栅极-源极电压内。开关MRDSIGZ、MRDRSTZ、MRDRSTB、MRDSIGB被用作连接至列Vx1的开关，并且使能向列Vx1施加相应的晶体管MSFSIGZ、MSFRSTZ、MSFRSTB、MSFSIGB的源极电压。
控制电路400有利地使能同时积分光电二极管D1和D2的光敏区103和107中光生的电荷，与光电二极管D1和D2中的积分并行地采样光电二极管D2中光生的电荷，并且经由相同的电路径相继地读取使能恢复场景的深度图像和2D图像的信号。
在图4所示的示例中，控制电路400与图像传感器在所谓的全局快门模式下的操作相兼容。然而，本领域技术人员能够调整电路400以使其与图像传感器在所谓的滚动快门模式下的操作相兼容。
图5是根据另一个实施例的用于控制图1的感光点100的电路500的电气图。图5的电路500包括与图4的电路400共同的元件。这些共同的元件在下文将不再赘述。更准确地，电路500例如用于感光点100被实施为适合捕捉绿光的感光点100G的情况。
在所示的示例中，电路500包括与电路400的第一级400A完全相同的第一级500A。在该示例中，电路500还包括第二级500B。电路500的第二级500B例如与电路400的第二级400B不同，在于：电路500的第二级500B仅包括两个支路SIGG和RSTG，每个支路将电路450的节点SN2耦合至例如不同于列Vx1的列Vx2。例如，电路500的支路SIGG和RSTG分别具有与图4的电路400的支路SIGB和RSTB相似的结构。
更准确地，在该示例中，支路SIGG和RSTG分别包括：
-第一开关MSMPSIGG、MSMPRSTG，将节点SN2耦合至节点VGSIG、VGRST：
-电容元件C5、C6，包括连接至节点VGSIG、VGRST的第一端子和连接至
施加参考电势的节点403的第二端子；
-晶体管MSFSIGG、MSFRSTG，包括连接至节点VGSIG、VGRST的栅极
端子和连接至施加电势VRT的节点401的漏极端子；以及
-第二开关MRDSIGG、MRDRSTG，将晶体管MSFSIGG、MSFRSTG的源极端子耦合至列Vx2。
作为示例，电路500的支路SIGG和RSTG的开关和晶体管都是MOS晶体管。
晶体管MSMPSIGG、MSMPRSTG、MSFSIGG、MSFRSTG、MRDSIGG和MRDRSTG例如分别具有与那些先前公开的晶体管MSMPSIGB、MSMPRSTB、MSFSIGB、MSFRSTB、MRDSIGB和MRDRSTB相似的功能。
虽然已经结合图5描述了电路500用于控制适合捕捉绿光的感光点100G的实施例，但是本领域技术人员能够使电路500适合于控制适合捕捉红光的感光点。更准确地，可以使用与电路500完全相同的电路。
为了简化，在上文已经结合图4和图5公开了在每个支路SIGZ、RSTZ、SIGB、RSTB、SIGG和RSTG上使用相同的电源电压VRT的控制电路400和500。作为示例，可以提供在这些支路的全部或部分上使用不同的电源电压。
此外，在上文已经结合图4和图5公开了具有它们的第二级400B和500B的电路400和500，对于每个电容元件C1、C2、C3、C4、C5、C6，包括晶体管MSFSIGZ、MSFRSTZ、MSFRSTB、MSFSIGB、MSFSIGG、MSFRSTG，其栅极连接至相应的电容元件的端子之一，并且其源极通过开关MRDSIGZ、MRDRSTZ、MRDRSTB耦合至相应的列Vx1、Vx2。作为变型，可以提供相同的第二级400B、500B的所有电容元件通过开关耦合至单个读出晶体管的栅极，该读出晶体管的源极通过另一个晶体管耦合至对应的列Vx1、Vx2，以便施加到读出晶体管栅极的电势借助于又一个晶体管复位。这种变型的实施方式基于本公开的指示在本领域技术人员的能力范围内。
图6是示出用于控制分别由图4和图5的电路400和500控制的图3的图像传感器300的感光点100Z和100G的方法的实现模式的时序图。
更准确地，图6示出了以下随时间t推移的变化：
-用于控制感光点100Z的转移晶体管MTGRST的信号TGRSTZ；
-用于控制感光点100Z的转移晶体管MTG的信号TGZ；
-用于控制感光点100G的转移晶体管MTGRST的信号TGRSTG；
-用于控制感光点100G的转移晶体管MTG的信号TGG；
-用于控制感光点100Z和100G的竖直转移栅极VEGA的信号MODE，或者
作为变型，用于仅控制感光点100Z的竖直转移栅极VEGA的信号MODE；-用于控制感光点100Z和100G的开关MRST的信号RST1；
-用于控制电路400的第二级400B的支路RSTZ的开关MSMPRSTZ的信号SMPRSTZ；
-用于控制电路400的第二级400B的支路SIGZ的开关MSMPSIGZ的信号SMPSIGZ；
-用于控制电路400的第二级400B的支路RSTB的开关MSMPRSTB的信号SMPRSTB；
-用于控制电路400的第二级400B的支路SIGB的开关MSMPSIGB的信号SMPSIGB；
-用于控制电路500的第二级500B的支路RSTG的开关MSMPRSTG的信号SMPRSTG；
-用于控制电路500的第二级500B的支路SIGG的开关MSMPSIGG的信号SMPSIGG；
-用于控制电路400的第二级400B的支路RSTZ的开关MRDRSTZ的信号RDRSTZ；
-用于控制电路400的第二级400B的支路SIGZ的开关MRDSIGZ的信号RDSIGZ；
-用于控制电路400的第二级400B的支路RSTB的开关MRDRSTB的信号RDRSTB；
-用于控制电路400的第二级400B的支路SIGB的开关MRDSIGB的信号RDSIGB；
-用于控制电路500的第二级500B的支路RSTG的开关MRDRSTG的信号RDRSTG；以及
-用于控制电路500的第二级500B的支路SIGG的开关MRDSIGG的信号RDSIGG。
在图6所示的方法中，每个控制信号具有高状态和低状态。在该示例中，当相应的控制信号处于高状态时，开关闭合，或者晶体管导通，当相应的控制信号处于低状态时，开关断开，或者晶体管不导通。然而，该示例不是限制性的，本领域技术人员能够将结合图6所描述的内容适合于在相应的控制信号处于低状态时开关闭合而在相应的控制信号处于高状态时开关断开的情况。
在时间t0与时间t0随后的另一时间t1之间，信号TGRSTZ、TGRSTG、MODE、RST1和SMPRSTZ处于高状态。在每个感光点100G、100Z中，电荷因此通过被转移到光电二极管D2而从光电二极管D1排出，并且通过经由开关MTGRST被转移到施加电源电势VRT的节点401而从光电二极管D2排出。此外，每个感光点100G、100Z的节点SN1通过经由开关MRST施加电势VRT来复位。在感光点100G、100Z中，在复位之后出现在节点SN1处的电势经由晶体管MSMPRSTZ被写入到存储电容元件C2中。在该示例中，所有其他开关在时间t0与时间t1之间都处于断开状态。
在时间t1处，用于控制感光点100G和100Z的开关MRST的信号RST1被切换至低状态，信号TGRSTZ、TGRSTG、MODE和SMPRSTZ保持处于高状态。这导致断开开关MRST，并且导致电势VRT存储在感光点100G和100Z的节点SN1处。
在时间t1随后的时间t2处，信号TGRSTZ、TGRSTG、MODE和SMPRSTZ被切换至低状态。在时间t2与时间t2随后的时间t3之间，执行对感光点100Z的光电二极管D2中光生的电荷的采样的阶段SAM。更准确地，通过周期性地将感光点100Z的转移晶体管MTG控制到导通状态然后到非导通状态，感光点100Z的光电二极管D2中光生的电荷被周期性地转移到节点SN1。通过在晶体管MTG处于非导通状态的阶段期间控制感光点100Z的转移晶体管MTGRST到导通状态然后到非导通状态，而周期性地复位二极管D2。
在所示的示例中，信号TGRSTZ具有约等于3/4的占空比，并且信号TGZ具有约等于1/4的占空比。具有相对于图6所示的信号TGRSTZ和TGZ相移了π/2、π和3π/2的信号TGRSTZ和TGZ的图像传感器300的三个其他感光点(例如，与所考虑的感光点100Z相邻的感光点100Z)可以用于采样红外辐射并且回溯相移的值。作为变型，可以提供具有分别等于2/3和1/3的占空比的信号TGRSTZ和TGZ。在这种情况下，具有相对于感光点100Z的信号TGRSTZ和TGZ各自相移了2π/3和4π/3的信号TGRSTZ和TGZ的两个其他感光点(例如，与所考虑的感光点100Z相邻的感光点100Z)可以用于采样红外辐射。
在时间t2处，在感光点100Z的光电二极管D1和感光点100G的光电二极管D1和D2中也开始积分阶段INT。积分阶段INT在时间t3随后的时间t4停止。在时间t3处，信号TGRSTZ被切换至高状态，而信号TGZ被切换至低状态。因此在红外辐射的吸收和/或可能保留在光电二极管D2中的剩余电荷的作用下，在光电二极管D2中持续光生的电荷被释放到施加电势VRT的节点401。在时间t3与t4之间，信号SMPSIGZ首先被切换至高状态，然后至低状态。这导致在电容元件C1中存储节点SN1处存在的电压(在栅极-源极电压内)，该电压是作为采样阶段SAM期间该节点上累积电荷的结果而获得的。然后，信号RST1、SMPRSTB和SMPRSTG同时切换至高状态，之后信号RTS1切换至低状态，最终，信号SMPRSTB和SMPRSTG切换至低状态。这使能通过复位感光点100Z和100G的节点SN1来准备读取由可见光光生的电荷，使得后者可以随后接收感光点100Z的光电二极管D1和感光点100G的光电二极管D1和D2中光生的电荷。施加到感光点100Z和100G的节点SN1的复位电势分别存储在电容元件C3和C6中。
在时间t4与时间t4随后的时间t5之间，信号TGZ、TGG和MODE同时被切换至高状态，然后同时被切换至低状态。存储在感光点100Z和100G的光电二极管D1中的电荷因此被转移到光电二极管D2。在感光点100Z的情况下，光电二极管D2已经预先清空了其由红外辐射光生的电荷。在感光点100G的情况下，光电二极管D1中光生的电荷添加到光电二极管D2中光生的电荷。位于每个感光点100Z、100G的光电二极管D2中的电荷被进一步转移到节点SN1。在这些操作期间，信号TGRSTZ和TGRSTG被保持在低状态。
然后，信号SMPSIGB和SMPSIGG同时被切换至高状态，然后同时被切换至低状态，以在电容元件C4和C5中写入和存储感光点100Z和100G的节点SN1的电压(在栅极-源极电压内)，该电压是作为电荷转移到这些节点上的结果而获得的。此外，感光点100Z和100G的信号TGRSTZ和TGRSTG同时被切换至高状态以通过排出额外光生的电荷来复位光电二极管D2，如同填充光电二极管D2。然后，信号SMPSIGB和SMPSIGG被切换至低状态，而信号TGRSTZ和TGRSTG保持在高状态。
在所示的示例中，在时间t5随后的时间t6与时间t6随后的时间t7之间，执行读取阶段TRANS，在此期间连续执行以下操作：
-信号RDRSTZ被切换至高状态，然后被切换至低状态，以将在电容元件C2两端存在的电压复制到列Vx1上(在栅极-源极电压内)；
-信号RDSIGZ被切换至高状态，然后被切换至低状态，以将在电容元件C1两端存在的电压复制到列Vx1上(在栅极-源极电压内)；
-信号RDRSTB、RDRSTG同时被切换至高状态，然后同时被切换至低状态，
以将分别在电容元件C3、C5两端存在的电压复制到列Vx1、Vx2上(在栅
极-源极电压内)；以及
-信号RDSIGB、RDSIGG同时被切换至高状态，然后同时在低状态之间切换，
以将分别在电容元件C4、C6两端存在的电压复制到列Vx1、Vx2上(在栅极-源极电压内)。
在该示例中，耦合至相同列Vx1、Vx2的电容元件被相继读取，同时耦合至不同列Vx1、Vx2的电容元件被同时读取。在每次复制到列Vx1、Vx2中的一个上之后，电压例如通过读出电路存储在列脚。
图7是根据实施例的用于控制四个图1的感光点100类型的感光点的电路700的电气图。
在图7中，更准确地显示了适合主要捕捉红光的感光点100R、适合主要捕捉绿光的两个感光点100G、以及适合主要捕捉蓝光和红外辐射的一个感光点100Z。感光点100R、100G和100Z例如与感光点100完全相同或相似。在该示例中，感光点100R、100G、100Z分别包括与感光点100的转移晶体管MTG相似的转移晶体管MTGR、MTGG、MTGZ。在图7中，晶体管MTGR、MTGB和MTGZ各自由开关以符号表示，该开关的一端连接至光电二极管D2的阴极，另一端连接至先前结合图4所描述的电路450的节点SN1。
更准确地，节点SN1连接至晶体管MRST的源极端子和晶体管MSF的栅极端子。晶体管MRST和MSF的漏极端子各自连接至施加电势VRT的节点401。此外，晶体管MSF的源极端子连接至晶体管MB的漏极端子，晶体管MB的源极端子连接至节点403。
晶体管MRST、MSF和MB例如分布在感光点100R、100G和100Z的控制电路中。更准确地，在所示的示例中，晶体管MRST形成了用于控制感光点100R的电路的一部分，晶体管MSF形成了用于控制感光点100G之一的电路的一部分，而晶体管MB形成了用于控制感光点100Z的电路的一部分。作为示例，用于控制其他感光点100G的电路可以包括伪晶体管(dummytransistor)MD。这例如使能为传感器的所有感光点100R、100G和100Z提供完全相同或相似的控制电路。因此，图像传感器的形成变得容易。
图7所示的控制电路700的优点在于，它使能实施具有四个晶体管(称作“4T”)的感光点结构，而不是具有六个晶体管(称作“6T”)的感光点结构。这导致了空间和成本的增加。
虽然这尚未在图7中示出，但是电路450的节点SN2可以连接至与先前结合图4所描述的电路400的级400B完全相同或相似的级。本领域的技术人员能够基于上面结合图4和图6所提供的指示推断出图7的控制电路的操作。
图8是根据另一实施例的图像传感器感光点800的简化局部俯视图。图8的感光点800包括与图1的感光点100共同的元件。这些共同的元件在下文中将不再描述。图8的感光点800与图1的感光点100的不同之处在于，除了转移晶体管MTGRST以外，感光点800还包括与感光点100的转移晶体管MTG完全相同或相似的两个其他转移晶体管MTG1和MTG2。
更准确地，在所示的示例中，晶体管MTG2包括对在第二光敏区107中光生的电荷进行收集的区域817，以及分别与区域117和晶体管MTG1的栅极119完全相同或相似的水平转移栅极819。
为了优化可用空间，如图8所示，晶体管MTG1、MTG2和MTGRST例如被布置在由感光点800的外围绝缘沟槽111形成的正方形的三个角上。在该示例中，竖直转移栅极VEGA包括在晶体管MTG1、MTG2和MTGRST的栅极之间横向地延伸的三个分离的绝缘沟槽115。图8中示出的感光点800的几何形状不是限制性的，并且本领域技术人员可以提供适合在相同感光点内整合三个转移晶体管的任何几何形状。
感光点800的优点在于，它使能借助于相同的深度图像来捕捉所接收的红外光信号的两个样本。这使能相对于感光点100，获得更多分辨率或更多数量的用于捕捉所有样本的有用图像。
图9是根据实施例的用于控制图8的感光点800的电路900的电气图。
在所示的示例中，电路900包括两个电路901和902，例如，每个电路与图4的电路400的电路450完全相同或相似。更准确地，在该示例中，每个电路901、902包括与图4的电路450的节点SN1相似的节点SN11、SN12和与电路450的节点SN2相似的另一个节点SN21、SN22。在图9所示的示例中，电路901和902的节点SN11和SN12分别连接至感光点800的转移晶体管MTG1和MTG2，例如，连接至感光点800的区域117和817。
在该示例中，电路900还包括将电路901的节点SN21耦合至列Vx的支路SIGZ1、RSTZ1、RSTB和SIGB，以及将节点SN22耦合至列Vx的支路SIGZ2和RSTZ2。电路900的支路SIGZ1和SIGZ2例如与图4的电路400的支路SIGZ完全相同或相似，并且电路900的支路RSTZ1和RSTZ2例如与电路400的支路RSTZ完全相同或相似。此外，电路900的支路RSTB和SIGB例如与电路400的支路RSTB和SIGB完全相同或相似。
本领域技术人员能够从先前结合图4和图6所描述的图4的控制电路400的操作中推断出图9的控制电路900的操作。具体地，在采样阶段期间，转移晶体管MTG1和MTG2被控制，使得每个晶体管MTG1、MTG2在信号周期的四分之一内导通。在信号周期的剩余一半期间，晶体管MTGRST导通，而MTG1和MTG2不导通。这有利地使能借助于相同的深度图像获取每个感光点800的两个样本。
可选地，电路900还可以包括开关SW，例如，MOS晶体管，将电路901的节点SN11耦合至电路902的节点SN12。开关SW例如将晶体管MTG1耦合至晶体管MTG2，该开关例如更准确地包括连接至区域117的端子和连接至感光点800的区域817的另一端子。在这种情况下，在积分阶段INT结束时，当晶体管MTG1处于导电状态以转移光敏区103(在感光点100Z的情况下)或光敏区103和107(在感光点100G和100R的情况下)中光生的电荷时，开关SW可以被控制：
-或者到断开状态(非导电晶体管)，以仅将光生的电荷转移到节点SN11，
在这种情况下，控制电路900的操作与电路400的操作相似；或者
-或者闭合状态(导电晶体管)，以将光生的电荷的转移分布到节点SN11和SN12，在这种情况下，节点SN11和SN12等效于其电容大约等于节点SN11和SN12中的单个节点的电容两倍的单个节点。
这有利地使能受益于双动态范围，即，对由“光强度范围”和“准确度”参数形成的一对范围的两次访问。
图10是根据又一实施例的图像传感器的感光点1000的简化局部俯视图。图11A是沿图10的平面AA的图10的感光点1000的横截面视图。
图10和图11A的感光点1000包括与图1、图2A和图2B的感光点100相同的元件。这些共同的元件在下文中将不再描述。图10和图11A的感光点1000与图1、图2A和图2B的感光点100的不同之处在于，感光点1000包括形成在半导体衬底101中并插入在第一和第二光敏区103和107之间的第三光敏区。第三光敏区1003被定位为与第一和第二光敏区103和107竖直成直线(在图11A的方向上，在第一光敏区103之上，在第二光敏区107之下)。在俯视图中，第三光敏区1003例如具有基本上矩形的外围。第三光敏区1003的横向尺寸例如小于第一光敏区103的横向尺寸。更准确地，在俯视图中，由第三光敏区1003形成的矩形在栅极VEGA的沟槽115之间以及垂直于沟槽115的外围绝缘沟槽111的两个相对壁之间延伸。第三光敏区1003例如形成在第一导电类型的衬底101的第七掺杂区域1005中，在该示例中为N型，并且具有掺杂浓度N5。衬底101的第七区域1005的掺杂率N5例如高于第一区域105的掺杂浓度N1并且低于第二区域109的掺杂浓度N2。在所示的示例中，衬底101的第七区域1005通过其底面与下面的第一区域105的顶面接触，并且通过其顶面与上面的第二区域109的底面接触。此外，在该示例中，第三光敏区1003通过其底面与下面的第一光敏区103的顶面基本接触，并且通过其顶面与上面的第二光敏区107的底面基本接触。
第三光敏区1003例如形成第三光敏二极管D3的一部分，例如具有引脚电压Vpin3的引脚型光电二极管。在该示例中，第三光电二极管D3的引脚电压Vpin3高于第一光电二极管D1的引脚电压Vpin1，并且低于第二光电二极管D2的引脚电压Vpin2。
感光点100的每个光敏区103、107、1003例如旨在在包括感光点100的图像传感器的照明阶段期间收集入射光子，并将这些光子转换成电子-空穴对。在该示例中，第一光敏区103适合捕捉第一波长范围内的光，第二光敏区107适合捕捉不同于第一波长范围的第二波长范围内的光，第三光敏区1003适合捕捉第三波长范围内的光。第三波长范围例如包括第一和第二波长范围。作为变型，第三波长范围可以位于第一和第二波长范围之间。
更准确地，第一光敏区和第二光敏区103和107例如意图分别捕捉场景的2D图像和深度图像。作为示例，当感光点1000在其底部表面101B的一侧被照射时，感光点1000的第一光敏区103适合捕捉可见光(例如，蓝光)，并且感光点1000的第二光敏区107适合捕捉红外辐射(例如，近红外辐射)。感光点1000的第三光敏区1003然后例如适合捕捉可见光和近红外辐射两者。
在图10和图11A所示的示例中，除了适合将第一光敏区103中光生的电荷转移到第三光敏区1003的转移栅极VEGA以外，感光点1000还包括适合将第三光敏区1003中光生的电荷转移到第二光敏区107的另一个竖直转移栅极VEGA2。更准确地，用于控制感光点1000的电路可以用于交替地施加：
-第五电势，适合阻止电荷从第三光敏区1003转移到第二光敏区107；或者-不同于第五电势的第六电势，适合允许电荷从第三光敏区1003转移到第二光敏区107。
在该示例中，竖直转移栅极VEGA2包括两个分离的绝缘沟槽1015，例如电容性绝缘沟槽。如图11A所示，竖直转移栅极VEGA2的每个绝缘沟槽1015跨半导体衬底101的厚度从衬底101的顶面101T竖直地延伸至第三光敏区1003，并且部分地穿入第三光敏区1003向下至比竖直转移栅极VEGA深度更小的深度。换言之，每个绝缘沟槽1015在衬底101的第七区域1005的厚度两端停止，并且不出现在衬底101的第一区域105中。在该示例中，每个绝缘沟槽1015完全地穿过衬底101的第二区域109，并且部分地穿入第七区域1005。
在所示的示例中，绝缘沟槽1015形成两个大致上彼此平行的板，并且沿第二光敏区107的两个相对的侧面的边缘。在该示例中，在俯视图中，绝缘沟槽1015还大致上平行于外围绝缘沟槽111的两个相对侧，并且平行于竖直转移栅极VEGA的绝缘沟槽115。在所示的示例中，竖直转移栅极VEGA围绕竖直转移栅极VEGA2，其中栅极VEGA的每个沟槽115插入在栅极VEGA2的沟槽1015与沟槽111的壁之间。
例如，竖直转移栅极VEGA2的每个绝缘沟槽1015具有与竖直转移栅极VEGA的绝缘沟槽115相似的结构。更准确地，虽然这在图10和图11A中尚未详细描述，但是每个绝缘沟槽1015例如包括导电区域，该导电区域例如由多晶硅或金属(例如铜)或金属合金制成。此外，每个沟槽1015例如包括涂覆导电区域的侧壁和底面的电绝缘层。每个绝缘沟槽1015的导电区域例如与沟槽115的导电区域以及外围绝缘沟槽111电绝缘。这例如使能独立于沟槽115的导电区域和外围绝缘沟槽111来偏置绝缘沟槽1015的导电区域。
感光点1000的第一电荷收集区117例如是第一、第二和第三光敏区103、107和1003中光生的电荷共同的。
作为示例，感光点1000例如与和图4的控制电路400完全相同或相似的控制电路相关联。
本领域技术人员能够从先前结合图4和图6所描述的图1、图2A和图2B的感光点100的操作中推断出图10和图11A的感光点1000的操作。具体地，控制信号的时间变化例如与先前关于图6的时序图所描述的相似，但是包括：在第三波长范围包括第一和第二波长范围的情况下移除在第三光敏区1003中光生的电荷的附加步骤，或者在第三波长范围位于第一和第二波长范围之间的情况下转移在第三光敏区1003中光生的电荷的附加步骤。更准确地，移除或转移步骤发生在例如从节点SN1读取由红外辐射光生的电荷之后，且在光电二极管D1中光生的电荷转移到节点SN1之前，例如在时间t4切换至信号MODE的高状态之前。在步骤t4之前的步骤是移除步骤的情况下，例如通过关断晶体管MTGRST或者通过相继关断晶体管MTG然后是晶体管MRST，竖直转移栅极VEGA2被切换至导电状态，以将电荷从第三光敏区1003转移到光电二极管D2，然后转移到施加电势VRT的节点401。基于上述指示，本领域技术人员能够将操作适合于步骤t4之前的步骤是转移步骤的情况。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。具体地，图10和图11A的感光点1000的实施例可以与图8的感光点800的实施例组合。
虽然在上文已经描述了感光点100、800、1000的示例，其中衬底101的具有形成在其中的第一和第二光敏区103和107的区域105和109掺杂有相同的导电类型(在该示例中为N型)，但是可以可替选地为区域105和109提供相反的导电类型。作为示例，区域105可以掺杂有第一导电类型(在该示例中为N型)，并且区域109可以掺杂有第二导电类型(在该示例中为P型)。在这种情况下，电荷从第一光敏区103转移到第二光敏区107将不会像在区域105和109具有相同导电类型的情况下那样跨体积进行，而是通过位于沿竖直转移栅极VEGA的沟槽115的两侧的沟道进行。
此外，虽然在上文已经描述了感光点100、800、1000的示例，其中第一光敏区103适合主要捕捉蓝光，但是作为变型，可以设置第一光敏区103适合主要捕捉绿光。在这种情况下，第一光敏区103的厚度可能会例如相对于第二光敏区107增加，以优化第一光敏区103中绿光的吸收。
最后，所描述的实施例和变型的实际实施方式基于以上给出的功能指示在本领域技术人员的能力范围内。特别地，所描述的实施例不限于本公开中提到的材料和尺寸的具体示例。

Claims (16)

1.一种图像传感器(300)，包括在半导体衬底(101)的内部和顶部形成的多个感光点(100；800；1000)，每个感光点包括：
-第一光敏区(103)，其在半导体衬底中形成，并且适于捕捉第一波长范围内的光；
-第二光敏区(107)，其在半导体衬底中形成而竖直地与所述第一光敏区(103)
成直线，并且适于捕捉第二波长范围内的光，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；
-在所述第一光敏区和所述第二光敏区中光生的电荷的第一收集区(117)，
其布置在衬底与所述第一光敏区(103)相对的表面(101T)的一侧；
-第一转移栅极(VEGA)，其从所述第一光敏区(103)竖直地延伸至所述表面(101T)，适于将所述第一光敏区(103)中光生的电荷转移到所述第二光敏区(107)；以及
-第二转移栅极(119)，其在所述表面(101T)上水平地延伸而与所述第二光敏区(107)竖直成直线，适于将光生的电荷从所述第二光敏区(107)
转移到第一电荷收集区(117)。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第一转移栅极(VEGA)至少包括彼此平行的第一板和第二板，所述第二光敏区(107)从所述第一板的表面横向地延伸至所述第二板的位于所述第一板前面的表面。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，每个感光点(800；1000)还包括：
-在所述第二光敏区(107)中光生的电荷的至少一个第二收集区(132)，其被布置在所述表面(101T)的一侧；和
-至少一个第三转移栅极(131)，其在所述表面(101T)上横向地延伸而竖直地与所述第二光敏区(107)成直线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中，每个感光点(800；1000)还包括：
-第三光敏区(1003)，其介于所述第一光敏区与所述第二光敏区(103、107)之间；和
-第四转移栅极(VEGA2)，其从所述第三光敏区(1003)竖直地延伸直至所述表面(101T)，并且适于将所述第三光敏区(1003)中光生的电荷转移到所述第二光敏区(107)。
5.根据权利要求4所述的传感器，其中，所述第一电荷收集区(117)对第一光敏区、第二光敏区和第三光敏区(103、107、1003)中光生的电荷是共同的。
6.根据权利要求4或5所述的传感器，其中，所述第一转移栅极(VEGA)围绕所述第四转移栅极(VEGA2)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器，其中，每个感光点(100；800；1000)还包括：外围绝缘沟槽(111)，其在半导体衬底(101)中从所述表面(101T)竖直地延伸，并且横向地界定所述第一光敏区(103)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器，其中，每个感光点(100；800；1000)还包括：控制电路(400；500；900)，被配置为在所述第一转移栅极(VEGA)上交替地施加：
-第一电势，其适于阻止电荷从所述第一光敏区(103)转移到所述第二光敏区(107)；和
-不同于所述第一电势的第二电势，其适于允许电荷从所述第一光敏区(103)转移到所述第二光敏区(107)。
9.根据权利要求8的传感器，其中，所述控制电路(400；500；900)被配置为在所述第二传输栅极(119)上交替地施加：
-第三电势，其适于阻止电荷从所述第二光敏区(107)转移到所述第一电荷存储区(117)；和
-不同于第三电势的第四电势，其适于允许电荷从所述第二光敏区(107)转移到所述第一电荷存储区(117)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器，还包括：第五转移栅极(819)，其在所述表面(101T)上水平地延伸而与竖直地所述第二光敏区(107)成直线，所述第五转移栅极适于将光生的电荷从所述第二光敏区(107)转移到第二电荷收集区(817)。
11.根据权利要求10所述的传感器，其中，所述第二转移栅极和所述第五转移栅极(119、819)在所述第二光敏区(107)中光生的电荷的采样阶段期间被相继地打开。
12.根据权利要求10或11所述的传感器，其中，所述第二转移栅极和所述第五转移栅极(119、819)通过开关(SW)耦合在一起。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的传感器，其中，所述传感器的感光点(100；800；1000)的第一光敏区和第二光敏区(103、107)旨在分别捕捉场景的2D图像和深度图像。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的传感器，其中，所述第一光敏区和所述第二光敏区(103、107)掺杂有相同的导电类型。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的传感器，其中，所述第一光敏区(103)掺杂有第一导电类型，并且所述第二光敏区(107)掺杂有与第一导电类型相反的第二导电类型。
16.一种设备，包括：
-根据权利要求1至15中任一项所述的图像传感器(300)；
-红外辐射发射源；以及
-用于控制所述红外辐射发射源和所述图像传感器的电路。
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