CN118016681A - 图像传感器和包括其的电子系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种图像传感器和包括其的电子系统，该图像传感器包括在衬底上的彩色像素以及像素隔离结构，该彩色像素包括以m×n矩阵布置的多个子像素，m和n中的每个是2到10的自然数，该像素隔离结构被配置为隔离彩色像素中的所述多个子像素中的每个，其中该像素隔离结构包括：围绕彩色像素的外部隔离层；至少一个隔离层连接部分，从外部隔离层的内壁在朝向彩色像素的中心的方向上延伸；至少一个内部隔离层，在由外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分。

Description

图像传感器和包括其的电子系统
技术领域
公开了图像传感器和包括其的电子系统。
背景技术
随着计算机行业和通信行业的发展，用于捕获图像并将捕获的图像转换为电信号的图像传感器被用于各种领域，诸如数码相机领域、便携式摄像机领域、个人通信系统(PCS)领域、游戏机领域、监控相机领域和医用微型相机领域。
发明内容
实施方式针对一种图像传感器，该图像传感器包括：在衬底上的彩色像素，包括以m×n矩阵布置的多个子像素，并且m和n中的每个是2至10的自然数；以及像素隔离结构，配置为隔离彩色像素中的所述多个子像素中的每个，其中像素隔离结构包括：围绕彩色像素的外部隔离层；至少一个隔离层连接部分，从外部隔离层的内壁在朝向彩色像素的中心的方向上延伸；至少一个内部隔离层，在由外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分，并且从所述至少一个隔离层连接部分在垂直向下的方向上延伸；隔离衬垫，覆盖所述至少一个内部隔离层的两个侧壁；以及至少一个隔离柱，与从所述多个子像素当中选择的至少两个子像素接触，并且与所述至少一个内部隔离层一起限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸。
实施方式针对一种图像传感器，该图像传感器包括：像素组，在衬底上并且包括多个彩色像素，每个彩色像素包括布置成2×2矩阵的多个子像素；以及像素隔离结构，配置为隔离所述多个彩色像素的每个中的所述多个子像素的每个，其中所述多个彩色像素中的每个包括多个子像素，从所述多个彩色像素当中选择的一个彩色像素中的所述多个子像素以m×n矩阵布置，并且m和n中的每个是2至10的自然数，所选择的一个彩色像素中的所述多个子像素具有相同的颜色，以及像素隔离结构包括：围绕彩色像素的外部隔离层；至少一个隔离层连接部分，从外部隔离层的内壁在朝向彩色像素的中心的方向上延伸；多个内部隔离层，在由外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分，并且从所述至少一个隔离层连接部分在垂直向下的方向上延伸；隔离衬垫，覆盖所述多个内部隔离层的两个侧壁；以及多个隔离柱，与从所述多个子像素当中选择的至少两个子像素接触，并且与所述多个内部隔离层一起限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，所述多个内部隔离层在水平方向上彼此分离。
实施方式针对一种电子系统，该电子系统包括：包括图像传感器的至少一个相机；以及处理器，配置为处理从所述至少一个相机接收的图像数据，其中图像传感器包括：在衬底上的彩色像素，包括以m×n矩阵布置的多个子像素，并且m和n中的每个是2至10的自然数；以及像素隔离结构，配置为隔离彩色像素中的所述多个子像素中的每个，像素隔离结构包括：围绕彩色像素的外部隔离层；至少一个隔离层连接部分，从外部隔离层的内壁在朝向彩色像素的中心的方向上延伸；至少一个内部隔离层，在由外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分，并且从所述至少一个隔离层连接部分在垂直向下的方向上延伸；隔离衬垫，覆盖所述至少一个内部隔离层的两个侧壁；以及至少一个隔离柱，与从所述多个子像素当中选择的至少两个子像素接触，并且与所述至少一个内部隔离层一起限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸。
附图说明
通过参照附图对示例性实施方式进行详细描述，对于本领域技术人员而言，特征将变得清楚，附图中：
图1是根据示例实施方式的图像传感器的框图。
图2是根据示例实施方式的可包含在图像传感器中的像素组的俯视图。
图3A至图3D是根据示例实施方式的图像传感器的俯视图和剖视图。
图4是根据示例实施方式的图像传感器的沿图3A的线II-II'截取的剖视图。
图5A是根据示例实施方式的图像传感器的俯视图，图5B是沿图5A的线II-II'截取的剖视图。
图6A是根据示例实施方式的图像传感器的俯视图，图6B是沿图6A的线II-II'截取的剖视图。
图7A是根据示例实施方式的电子装置的框图，图7B是图7A的电子装置中包括的相机的详细框图。
图8A至图8G是根据示例实施方式的制造图像传感器的方法的剖视图，其中图8A至图8G中的每个是对应于沿图3A的线II-II'截取的截面的部分的剖视图。
具体实施方式
图1是根据示例实施方式的图像传感器100的框图。参照图1，图像传感器100可以包括像素阵列10和配置为控制像素阵列10的电路。在实施方式中，配置为控制像素阵列10的电路可以包括列驱动器20、行驱动器30、时序控制器40和读出电路50。
图像传感器100可以响应于从图像处理器70接收的控制命令进行操作，将从外部物体传输的光转换为电信号，并将电信号输出至图像处理器70。图像传感器100可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
像素阵列10可以包括多个像素组PG，其具有沿多条行线和多条列线以矩阵形式布置的二维阵列结构。说明书中使用的术语“行”表示像素阵列10中包括的多个像素当中在水平方向上布置的多个像素的集合，术语“列”表示像素阵列10中包括的多个像素当中在垂直方向上布置的多个像素的集合。
多个像素组PG中的每个可以具有包括多个光电二极管的多像素结构。在多个像素组PG的每个中，多个光电二极管可以通过接收从物体传输的光来产生电荷。图像传感器100可以通过使用由包括在多个像素组PG的每个中的多个光电二极管产生的像素信号的相位差来执行自动聚焦功能。多个像素组PG中的每个可以包括像素电路，该像素电路配置为从由多个光电二极管产生的电荷产生像素信号。
多个像素组PG可以通过一组红色像素、绿色像素或蓝色像素再现物体。在实施方式中，像素组PG可以包括呈拜耳图案的多个彩色像素，包括红色、绿色和蓝色。像素组PG中包括的多个彩色像素中的每个可以包括以m×n矩阵布置的多个子像素。这里，m和n中的每个都是大于或等于2的自然数，例如2至10。包括在多个像素组PG的每个中的多个子像素的每个可以接收已经通过相同颜色的滤色器的光。如在这里使用的，术语“或”不是排他性术语，例如，“A或B”将包括A、B或A和B。
列驱动器20可以包括相关双采样器(CDS)、模数转换器(ADC)等。CDS可以通过列线连接到包括在由从行驱动器30供应的行选择信号选择的行中的子像素，并且可以通过执行相关双采样来检测复位电压和像素电压。ADC可以将CDS检测到的复位电压和像素电压转换成数字信号，并将该数字信号传输到读出电路50。
读出电路50可以包括能够临时存储数字信号的锁存或缓冲器电路、放大电路等，并临时存储从列驱动器20接收的数字信号或通过放大临时存储的数字信号生成图像数据。列驱动器20、行驱动器30和读出电路50的操作时序可以由时序控制器40确定，并且时序控制器40可以响应于从图像处理器70传输的控制命令而操作。
图像处理器70可以对从读出电路50输出的图像数据进行信号处理，并将经图像处理的图像数据输出至显示器件，或将经图像处理的图像数据存储在存储器件(诸如存储器)中。当图像传感器100安装在自主车辆上时，图像处理器70可以对图像数据执行信号处理，并将经图像处理的图像数据传输到被配置为控制自主车辆的主控制器等。
图2是根据示例实施方式的可包含在图像传感器100中的像素组PG1的俯视图。参照图2，像素组PG1可以构成参照图1描述的多个像素组PG中的至少一个。像素组PG1可以包括构成拜耳图案的四个彩色像素CP1，包括红色、绿色和蓝色。四个彩色像素CP1中的每个可以包括布置成2×2矩阵的四个子像素SP1。像素组PG1可以包括：第一绿色像素，包括以2×2矩阵布置的四个第一绿色子像素Ga1、Ga2、Ga3和Ga4；红色像素，包括以2×2矩阵布置的四个红色子像素R1、R2、R3和R4；蓝色像素，包括以2×2矩阵布置的四个蓝色子像素B1、B2、B3和B4；以及第二绿色像素，包括以2×2矩阵布置的四个第二绿色子像素Gb1、Gb2、Gb3和Gb4。一个彩色像素CP1可以包括覆盖四个子像素SP1的一个微透镜ML。四个微透镜ML可以被布置成对应于四个彩色像素CP1。以图2所示的布置构造的像素组PG1可以被称为tetra单元。
像素组PG1可以包括两个绿色像素、一个红色像素和一个蓝色像素。一个彩色像素CP1可以包括具有相同颜色信息的四个子像素SP1。
图3A至图3D是根据示例实施方式的图像传感器100的俯视图和剖视图。参照图3A至图3D描述了包括在图像传感器100中的彩色像素CP1的示例构造。
参照图3A至图3D，图像传感器100可以包括彩色像素CP1，其包括：在衬底102上以2×2矩阵布置的四个子像素SP1；以及像素隔离结构110，其被构造成隔离彩色像素CP1中的四个子像素SP1中的每个。四个子像素SP1可以包括由外部隔离层112限定的感测区SA。感测区SA可以是在其中感测从彩色像素CP1外部入射的光的区域。在实施例中，包括在一个彩色像素CP1中的四个子像素SP1可以包括相同颜色的像素。图3A至图3D显示了彩色像素CP1包括由像素隔离结构110限定的四个子像素SP1。彩色像素CP1可以包括布置成m×n矩阵的多个子像素，其中m和n中的每个都是大于或等于2的自然数，例如2至10。
衬底102可以包括半导体层。在实施方式中，衬底102可以包括掺有P型杂质的半导体层。在实施例中，衬底102可以包括半导体层，该半导体层包括硅(Si)、锗(Ge)、SiGe、II-VI族化合物半导体或III-V族化合物半导体。在实施方式中，衬底102可以包括从P型体Si衬底外延生长的P型外延半导体层。衬底102可以包括可彼此相反的前侧表面102A和背侧表面102B。
彩色像素CP1可以包括分别布置在四个子像素SP1中的四个光电二极管。四个光电二极管可以是第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4。一个子像素SP1可以包括从第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4当中选择的一个。彩色像素CP1可以具有第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4共享一个浮置扩散区FD的结构。第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4可以布置在感测区SA中在浮置扩散区FD周围。第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4可以从浮置扩散区FD沿径向方向向外布置以围绕浮置扩散区FD。
一个彩色像素CP1中包括的四个子像素SP1中的每个的传输晶体管TX可以共享一个浮置扩散区FD作为公共漏极区。图3A至图3D显示了包括在一个彩色像素CP1中的四个子像素SP1共享一个浮置扩散区FD。包括在一个彩色像素CP1中的四个子像素SP1可以分别包括单独的浮置扩散区FD，或者四个子像素SP1中的至少两个可以共享一个浮置扩散区FD。
如图3A至图3D所示，图像传感器100可以包括像素隔离结构110，其配置为隔离彩色像素CP1中的四个子像素SP1的每个。像素隔离结构110可以包括外部隔离层112、多个隔离层连接部分113、多个内部隔离层114、隔离衬垫116和隔离柱118。
在像素隔离结构110中，外部隔离层112可以围绕彩色像素CP1，以限定彩色像素CP1的尺寸。多个隔离层连接部分113和多个内部隔离层114可以在由外部隔离层112限定的区域中限定四个子像素SP1中的每个的局部区域的尺寸。多个隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的每个可以包括四个子像素SP1当中彼此相邻的两个子像素SP1之间的部分。隔离衬垫116可以覆盖外部隔离层112的面对感测区SA的侧壁以及多个隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的每个的面对第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4的两个侧壁。
多个隔离层连接部分113中的每个可以从彩色像素CP1中的外部隔离层112的内壁向内延伸。此外，多个隔离层连接部分113中的每个的上表面可以与衬底102的前侧表面102A接触。在实施例中，图像传感器100可以包括四个隔离层连接部分113。此外，多个内部隔离层114可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上彼此分离，并且从多个隔离层连接部分113的底部在垂直向下的方向上延伸。多个内部隔离层114中的至少一个的一个侧表面可以完全与外部隔离层112的内侧表面接触。
在本说明书中，某一部件的下表面可以表示在垂直方向(Z方向)上分离的两个表面当中更靠近微透镜ML的表面，某一部件的上表面可以表示所述两个表面当中与下表面相反的表面。
外部隔离层112可以通过多个隔离层连接部分113连接至多个内部隔离层114中的每个。在实施例中，外部隔离层112可以通过多个隔离层连接部分113电连接到多个内部隔离层114中的每个。在实施例中，当偏置电压Vbias被施加到外部隔离层112时，偏置电压Vbias可以被施加到多个内部隔离层114中的每个。第二隔离柱118B可以在多个内部隔离层114中的相邻的两个之间。
偏置电压Vbias可以通过外部布线层施加至电压施加布线层190。图像传感器100可以包括将电压施加布线层190电连接到像素隔离结构110的多个接触192。
隔离柱118可以包括与彩色像素CP1的中心相邻布置的一个第一隔离柱118A以及在水平方向(X方向和/或Y方向)上与第一隔离柱118A分开的多个第二隔离柱118B。
第一隔离柱118A可以与一个彩色像素CP1中包括的四个子像素SP1接触，并与多个内部隔离层114一起限定四个子像素SP1中的每个的局部区域的尺寸。第二隔离柱118B可以与两个子像素SP1和内部隔离层114接触。第二隔离柱118B可以布置成使得两个内部隔离层114的至少一部分可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上彼此分离。
第一高度H1(其是衬底102的高度)的范围可以是约0.5微米至约3微米。此外，第二高度H2(其是第二隔离柱118B的高度)的范围可以是约0.4微米至约2.4微米。第一高度H1可以大于第二高度H2。另外，第一高度H1与第三高度H3的比值为500％或更小，第三高度是隔离层连接部分113的高度。第三高度H3可以是约0.1微米至约0.6微米。
第一宽度W1的范围可以是约50nm至约400nm，第一宽度W1是多个内部隔离层114的每个下表面的水平宽度。此外，第二宽度W2的范围可以是约50nm至约400nm，第二宽度W2是多个第二隔离柱118B中的每个的下表面的水平宽度。
如图3B和图3C所示，在像素隔离结构110的外部隔离层112和多个内部隔离层114中的每个处与衬底102的前侧表面102A相邻的上侧壁可以被局部隔离层104覆盖。局部隔离层104可以包括硅氧化物层。
如图3C和图3D所示，在像素隔离结构110中，外部隔离层112和多个内部隔离层114可以通过隔离层连接部分113连接成一体，隔离衬垫116和隔离柱118可以连接成一体。在实施例中，多个内部隔离层114中的每个的一个侧壁可以与外部隔离层112接触。此外，多个内部隔离层114中的至少一些的侧壁可以与第一隔离柱118A接触。
如图3C所示，在像素隔离结构110中，隔离衬垫116的顶表面的高度和隔离柱118的顶表面的高度可以小于外部隔离层112和多个内部隔离层114中每个的顶表面的高度。在实施方式中，隔离衬垫116的顶表面的高度可以不同于隔离柱118的顶表面的高度。隔离衬垫116可以在垂直方向(Z方向)上与衬底102的前侧表面102A分开第一深度D6，隔离柱118可以在垂直方向(Z方向)上与衬底102的前侧表面102A分开第二深度D8。在实施方式中，第一深度D6可以大于第二深度D8。在一些实施方式中，第一深度D6可以小于第二深度D8。在一些实施方式中，第一深度D6可以与第二深度D8相同或相似。
在水平方向(X方向和/或Y方向)上，外部隔离层112和多个内部隔离层114中的每个的宽度可以在邻近衬底102的前侧表面102A的区域中最大，并且朝向背侧表面102B逐渐减小。
如图3B所示，浮置扩散区FD可以在垂直方向(Z方向)上与第一隔离柱118A重叠。浮置扩散区FD可以覆盖第一隔离柱118A的上表面。局部隔离层104可以在垂直方向(Z方向)上与隔离衬垫116重叠。局部隔离层104可以覆盖隔离衬垫116的上表面。在垂直方向(Z方向)上，隔离衬垫116和第二隔离柱118B中的每个的长度可以小于外部隔离层112和多个内部隔离层114中的每个的长度。
第一隔离柱118A可以在垂直方向(Z方向)上与衬底102的前侧表面102A分离，其间具有浮置扩散区FD。第一隔离柱118A可以具有从浮置扩散区FD的下表面到衬底102的背侧表面102B在垂直方向(Z方向)上延伸较长的柱形状。
第二隔离柱118B可以具有从隔离层连接部分113的内侧到衬底102的背侧表面102B在垂直方向(Z方向)上延伸较长的柱形状。一个或更多个第二隔离柱118B可以在一个内部隔离层114内部。第二隔离柱118B可以布置成使得两个相邻的内部隔离层114的至少部分可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上彼此分离。
在实施方式中，外部隔离层112、隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的每个可以包括硅氧化物、硅氮化物、硅碳氮化物(SiCN)、硅氮氧化物(SiON)、硅氧碳化物(SiOC)、二氧化硅(SiO2)、多晶硅、金属、金属氮化物、金属氧化物、硼硅酸盐玻璃(BSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、等离子体增强原硅酸四乙酯(PE-TEOS)、氟硅酸盐玻璃(FSG)、碳掺杂的硅氧化物(CDO)、有机硅酸盐玻璃(OSG)或空气。在说明书中，术语“空气”可以表示在制造工艺期间可能存在的气氛或其他气体。当外部隔离层112、隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的至少一个包括金属时，该金属可以包括钨(W)或铜(Cu)。当外部隔离层112、隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的至少一个包括金属氮化物时，金属氮化物可以包括钛氮化物(TiN)或钽氮化物(TaN)。当外部隔离层112、隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的至少一个包括金属氧化物时，金属氧化物可以包括铟锡氧化物(ITO)或铝氧化物(Al2O3)。
在实施方式中，外部隔离层112、隔离层连接部分113和多个内部隔离层114中的每个可以具有由多晶硅填充并被SiO2覆盖的结构。
在实施方式中，隔离衬垫116和/或隔离柱118中的每个可以包括硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物和/或金属氧化物(诸如铪氧化物、铝氧化物、钽氧化物等)。在实施方式中，隔离柱118可以包括未掺杂的硅。在一些实施方式中，隔离衬垫116和/或隔离柱118中的每个可以包括掺有P+型杂质的硅区域。在实施例中，隔离衬垫116和隔离柱118中的每个可以包括掺有硼(B)离子的硅区域。
在实施方式中，隔离衬垫116和隔离柱118中的每个可以降低子像素SP1中的暗电流，从而提高图像传感器100的质量。隔离衬垫116可以减少由于外部隔离层112和隔离衬垫116之间以及多个内部隔离层114和隔离衬垫116之间的表面缺陷产生的电子-空穴对而导致的暗电流的产生。
如图3B和图3C所示，布线结构MS可以在衬底102的前侧表面102A上。布线结构MS可以包括覆盖多个传输晶体管TX的多层结构的第一至第四层间绝缘层182A、182B、182C和182D以及可分别形成在第一至第四层间绝缘层182A、182B、182C和182D上的多层结构的多个布线层184。
包括在布线结构MS中的多个布线层184可以包括电连接到第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4的多个晶体管和连接到所述多个晶体管的布线。无论第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4的布置如何，多个布线层184都可以自由布置。
透光结构LTS可以在衬底102的背侧表面102B下方。透光结构LTS可以包括顺序堆叠在背侧表面102B上的第一平坦化层122、多个滤色器CF、第二平坦化层124和微透镜ML。透光结构LTS可以聚集和过滤从外部入射的光，并将光提供给感测区SA。
多个滤色器CF可以分别布置为对应于四个子像素SP1。多个滤色器CF中的每个可以覆盖衬底102的背侧表面102B上的子像素SP1的感测区SA。包括在一个彩色像素CP1中的多个滤色器CF可以具有相同的颜色。
一个微透镜ML可以设置为对应一个彩色像素CP1。微透镜ML可以覆盖四个子像素SP1，其间具有多个滤色器CF。第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4可以被一个公共微透镜ML覆盖。四个子像素SP1中的每个可以具有背侧照明(BSI)结构，其中可以从衬底102的背侧表面102B接收光。微透镜ML可以具有向外凸出的形状，以聚集入射到第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4的光。
在透光结构LTS中，第一平坦化层122可以用作缓冲层，用于防止衬底102在制造图像传感器100的工艺期间被损坏。第一平坦化层122和第二平坦化层124中的每个可以包括硅氧化物层、硅氮化物层或树脂。
在实施方式中，多个滤色器CF中的每个可以包括绿色滤色器、红色滤色器或蓝色滤色器。在一些实施方式中，多个滤色器CF可以包括其他滤色器，诸如青色滤色器、品红色滤色器和黄色滤色器。
在实施方式中，透光结构LTS可以进一步包括第一平坦化层122上的分隔物126。分隔物126可以在分隔物126于垂直方向(Z方向)上与像素隔离结构110重叠的位置处。分隔物126的下表面和侧壁可以被滤色器CF覆盖。分隔物126可以防止穿过滤色器CF的入射光被反射或散射到侧表面。在实施例中，分隔物126可以防止在滤色器CF和第一平坦化层122之间的界面上反射或散射的光子移动到另一个感测区SA。在实施方式中，分隔物126可以包括金属。在实施例中，分隔物126可以包括钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)。
如图3B和图3C所示，第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中的每个可以包括第一半导体区域132、第二半导体区域134以及在第一半导体区域132和第二半导体区域134之间的结。第一半导体区域132可以是掺有P型杂质的半导体区域，并且可以与衬底102的前侧表面102A相邻。第一半导体区域132可以用作空穴累积器件(HAD)区域。第一半导体区域132的杂质浓度可以大于构成衬底102的P型半导体层的杂质浓度。第二半导体区域134可以是掺有N型杂质的半导体区域，并且可以在与衬底102的前侧表面102A分离的位置处与第一半导体区域132接触，第一半导体区域132在第二半导体区域134和衬底102的前侧表面102A之间。
如图3B所示，一个子像素SP1中包括的传输晶体管TX可以包括栅极电介质层142、传输栅极144和沟道区CH。沟道区CH可以在衬底102的与栅极电介质层142相邻的位置处。在衬底102的前侧表面102A上，栅极电介质层142和传输栅极144中的每个的侧壁可以被绝缘间隔物146覆盖。在实施方式中，栅极电介质层142可以包括硅氧化物层。在实施方式中，传输栅极144可以包括掺杂的多晶硅、金属、金属硅化物、金属氮化物和含金属的层中的至少一种。在实施例中，传输栅极144可以包括掺有N型杂质(诸如磷(P)或砷(As))的多晶硅。在实施方式中，绝缘间隔物146可以包括硅氧化物层、硅氮化物层或硅氮氧化物层。组成材料可以包括在栅极电介质层142、传输栅极144或绝缘间隔物146的每个中。
多个传输晶体管TX中的每个的传输栅极144可以将第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4产生的光电荷传输至浮置扩散区FD。本实施方式示出了凹陷沟道晶体管结构，其中多个传输晶体管TX中的每个的传输栅极144的一部分可以从衬底102的前侧表面102A向内掩埋。
在四个子像素SP1中，第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4可以通过接收已穿过覆盖衬底102的背侧表面102B的一个微透镜ML的光来产生光电荷，且这些产生的光电荷可以累积在第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中以产生第一至第四像素信号。在四个子像素SP1中，可以从自第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4输出的第一至第四像素信号提取自动聚焦信息。
参照图1至图3D描述的图像传感器100可以包括像素隔离结构110，像素隔离结构110构造成隔离彩色像素CP1中包括的四个子像素SP1中的每个。像素隔离结构110可以包括外部隔离层112、多个隔离层连接部分113、多个内部隔离层114、隔离衬垫116和隔离柱118。外部隔离层112可以围绕彩色像素CP1。多个隔离层连接部分113可以构造成将外部隔离层112连接到多个内部隔离层114。多个内部隔离层114可以包括由外部隔离层112限定的区域中的四个子像素SP1当中的两个相邻子像素SP1之间的部分。隔离衬垫116可以覆盖多个内部隔离层114中的每个的两个侧壁。隔离柱118可以与包括在一个彩色像素CP1中的四个子像素SP1接触，并且与多个内部隔离层114一起限定四个子像素SP1中的每个的局部区域的尺寸。
在制造图像传感器100的过程中，形成外部隔离层112、隔离层连接部分113和多个内部隔离层114的工艺可以与形成隔离柱118的工艺分开进行。此外，图像传感器100可以包括第二隔离柱118B，第二隔离柱118B在水平方向(X方向和/或Y方向)上将多个内部隔离层114中相邻的两个内部隔离层114的至少部分彼此分离，从而降低像素的电荷超过饱和水平的模糊效应。
此外，外部隔离层112可以经由隔离层连接部分113电连接到多个内部隔离层114，因此，即使在偏置电压Vbias被施加到外部隔离层112时，偏置电压Vbias也可以被施加到多个内部隔离层114中的每个。
图4是根据示例实施方式的图像传感器100a的沿图3A的线II-II'截取的剖视图。可以参照图4描述包括在图像传感器100a中的彩色像素CP1a的示例结构。在图4中，图3A至图3D中相同的附图标记表示相同的元件，因此这里省略了对它们的详细描述。
参照图4，像素隔离结构110a可以包括外部隔离层112a、隔离层连接部分113a、内部隔离层114a、隔离衬垫116和隔离柱118a。在像素隔离结构110a中，外部隔离层112a和内部隔离层114a可以在垂直方向(Z方向)上从衬底102的前侧表面102A到背侧表面102B穿过衬底102。外部隔离层112a和内部隔离层114a中的每个可以在垂直方向(Z方向)上穿过衬底102的至少一部分，同时在水平方向(X方向和/或Y方向)上恒定地保持外部隔离层112a和内部隔离层114a中的每个的宽度。此外，隔离层连接部分113a和隔离柱118a中的每个还可以在垂直方向(Z方向)上穿透衬底102的至少一部分，同时在水平方向(X方向和/或Y方向)上恒定地保持隔离层连接部分113a和隔离柱118a中的每个的宽度。隔离柱118a包括第一隔离柱118Aa和第二隔离柱118Ba。
图5A是根据示例实施方式的图像传感器200的俯视图，图5B是沿图5A的线II-II'截取的剖视图。图5A和图5B显示了图像传感器200的在与图3B和图3C所示的垂直水平LV1相对应的垂直水平处的一些部件。可以参照图5A和图5B描述包括在图像传感器200中的彩色像素CP2的示例构造。在图5A和图5B中，图3A至图3D中相同的附图标记表示相同的元件，因此这里省略了对它们的详细描述。
参照图5A和图5B，图像传感器200可以具有与参照图3A至图3D描述的图像传感器100大致相同的构造。然而，图像传感器200可以包括彩色像素CP2和像素隔离结构210，彩色像素CP2包括以2×2矩阵布置的四个子像素SP2，像素隔离结构210被配置为隔离彩色像素CP2中的四个子像素SP2中的每个。
包括在一个彩色像素CP2中的四个子像素SP2可以包括由外部隔离层212限定的感测区SA。在实施例中，外部隔离层212可以通过围绕感测区SA来限定感测区SA，使得感测区SA不会延伸到其在彩色像素CP2中的区域之外。感测区SA可以是感测从四个子像素SP2的外部入射的光的区域。包括在一个彩色像素CP2中的四个子像素SP2可以具有相同的颜色。
像素隔离结构210可以被配置为隔离彩色像素CP2中的四个子像素SP2的每个。像素隔离结构210可以包括外部隔离层212、隔离层连接部分213、内部隔离层214、隔离衬垫216和多个隔离柱218。
构成像素隔离结构210的外部隔离层212、隔离层连接部分213、多个内部隔离层214、隔离衬垫216和多个隔离柱218可以具有与参照图3A至图3D描述的外部隔离层112、多个隔离层连接部分113、多个内部隔离层114、隔离衬垫116和隔离柱118大致相同的构造。然而，多个内部隔离层214可以包括与外部隔离层212相邻布置的多个第一内部隔离层214A以及与彩色像素CP2的中心相邻布置的第二内部隔离层214B。第一内部隔离层214A的至少一部分可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上与第二内部隔离层214B的至少一部分分离。
隔离层连接部分213可以从外部隔离层212的内表面向彩色像素CP2的中心延伸。隔离层连接部分213在俯视图中可以具有十字形形状。在说明书中，隔离层连接部分213可以被称为十字形隔离层连接部分。
多个第一内部隔离层214A和第二内部隔离层214B中的每个可以具有从隔离层连接部分213的下表面在垂直向下的方向上延伸的柱形状。与多个第一内部隔离层214A中的每个的下表面相邻的部分可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上与和第二内部隔离层214B的下表面相邻的部分分离。
外部隔离层212、多个第一内部隔离层214A和第二内部隔离层214B可通过隔离层连接部分213彼此连接。在实施例中，外部隔离层212、多个第一内部隔离层214A和第二内部隔离层214B可以经由隔离层连接部分213彼此电连接。在实施例中，当偏置电压Vbias被施加到外部隔离层212时，偏置电压Vbias可以被施加到多个第一内部隔离层214A和第二内部隔离层214B中的每个。
此外，外部隔离层212可以经由隔离层连接部分213电连接到多个内部隔离层214，因此，即使偏置电压Vbias被施加到外部隔离层212时，偏置电压Vbias也可以被施加到多个内部隔离层214中的每个。特别地，即使当偏置电压Vbias被施加到外部隔离层212时，偏置电压Vbias也可以经由隔离层连接部分213被施加到第二内部隔离层214B。
像素隔离结构210可以包括彼此分离的多个隔离柱218。多个隔离柱218可以包括在第一内部隔离层214A和第二内部隔离层214B之间的多个第一隔离柱218A以及在多个第一内部隔离层214A的每两个之间的多个第二隔离柱218B。
多个内部隔离层214可以包括12个第一内部隔离层214A和一个第二内部隔离层214B。第二内部隔离层214B可以布置在彩色像素CP2的大致中心部分处。第二内部隔离层214B在X-Y平面上可以具有十字形形状。在说明书中，第二内部隔离层214B可以被称为十字形内部隔离层。
在像素隔离结构210中，多个隔离柱218中的每个可以与选自一个彩色像素CP2中包括的四个子像素SP2当中的两个子像素中的每个的光电二极管接触。多个第一内部隔离层214A可以在从包括在一个彩色像素CP2中的四个子像素SP2当中选择的两个子像素之间，并且一体连接到外部隔离层212。多个第一内部隔离层214A可以包括在四个子像素SP2中的两个子像素之间的部分，并且一体地连接到隔离层连接部分213。第二内部隔离层214B的至少一部分可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上通过第一隔离柱218A与第一内部隔离层214A的至少一部分分离。
隔离衬垫216可以一体连接到多个隔离柱218。类似于参照图3B描述的隔离柱118，多个隔离柱218中的每个可以具有通过在垂直方向(Z方向)上穿过衬底102的一部分而较长地延伸到衬底102的背侧表面102B的柱形状。图像传感器200可以进一步包括设置成在垂直方向(Z方向)上与第二内部隔离层214B重叠的浮置扩散区FD。在实施例中，浮置扩散区FD可以在布线结构MS上。浮置扩散区FD可以在隔离层连接部分213内部。
在实施方式中，隔离衬垫216和/或隔离柱218中的每个可以包括硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物和/或金属氧化物(诸如铪氧化物、铝氧化物、钽氧化物等)。在实施方式中，隔离柱218可以包括未掺杂的硅。在实施方式中，隔离衬垫216和/或多个隔离柱218中的每个可以包括掺有P+型杂质的硅区域。在实施例中，隔离衬垫216和多个隔离柱218中的每个可以包括掺有硼(B)离子的硅区域。
在实施方式中，隔离衬垫216和多个隔离柱218中的每个可以降低每个子像素SP2中的暗电流，从而提高图像传感器200的质量。隔离衬垫216可以减少由于外部隔离层212和隔离衬垫216之间以及多个内部隔离层214和隔离衬垫216之间的表面缺陷所产生的电子-空穴对而导致的暗电流的产生。
图6A是根据示例实施方式的图像传感器300的俯视图，图6B是沿图6A的II-II'线截取的剖视图。图6A和图6B显示了图像传感器300的在与图3B和图3C中所示的垂直水平LV1相对应的垂直水平处的一些部件。可以参照图6A和图6B描述包括在图像传感器300中的彩色像素CP3的示例构造。在图6A和图6B中，图3A至图3D中相同的附图标记表示相同的元件，因此这里省略了对它们的详细描述。
参照图6A和图6B，图像传感器300可以具有与参照图3A至图3D描述的图像传感器100大致相同的构造。然而，图像传感器300可以包括彩色像素CP3和像素隔离结构310，彩色像素CP3包括以2×2矩阵布置的四个子像素SP3，像素隔离结构310被构造成隔离彩色像素CP3中的四个子像素SP3中的每个。
参照图6A和图6B，像素隔离结构310可以包括外部隔离层312、隔离层连接部分313、内部隔离层314、隔离衬垫316和隔离柱318。
隔离柱318可以包括邻近彩色像素CP3的中心布置的一个第一隔离柱318A以及在水平方向(X方向和/或Y方向)上与第一隔离柱318A分离的多个第二隔离柱318B。
第一隔离柱318A可以与包括在一个彩色像素CP3中的四个子像素SP3接触，并且与多个内部隔离层314一起限定四个子像素SP3中的每个的局部区域的尺寸。
第二隔离柱318B可以在外部隔离层312和内部隔离层314之间。因此，第二隔离柱318B可以在外部隔离层312的至少一部分与多个内部隔离层314中的每个的至少一部分之间。因此，外部隔离层312可以通过隔离层连接部分313连接到多个内部隔离层314中的每个。在实施例中，外部隔离层312可以经由隔离层连接部分313电连接到多个内部隔离层314中的每个。外部隔离层312和多个内部隔离层314可以一体形成。多个内部隔离层314中的每个可以在水平方向(X方向和/或Y方向)上与外部隔离层312分离。
外部隔离层312的上表面可以通过隔离层连接部分313连接到多个内部隔离层314的上表面。在实施例中，外部隔离层312的上表面可以经由隔离层连接部分313电连接到多个内部隔离层314的上表面。在实施例中，当偏置电压Vbias被施加到外部隔离层312时，偏置电压Vbias可以被施加到多个内部隔离层314中的每个。
此外，外部隔离层312可以经由隔离层连接部分313电连接到多个内部隔离层314，因此，即使偏置电压Vbias被施加到外部隔离层312时，偏置电压Vbias也可以被施加到多个内部隔离层314中的每个。
图像传感器300可以进一步包括浮置扩散区FD，浮置扩散区FD设置成在垂直方向(Z方向)上与多个隔离柱318的至少部分重叠。
图7A是根据示例实施方式的电子装置1000的框图，图7B是图7A的电子装置1000中包括的相机1100b的详细框图。参照图7A，电子装置1000可以包括相机组1100、应用处理器1200、功率管理集成电路(PMIC)1300和外部存储器1400。
相机组1100可以包括多个相机1100a、1100b和1100c。图7A显示了三个相机1100a、1100b和1100c的实施方式。在一些实施方式中，相机组1100可以被修改并且仅包括两个相机。或者，在一些实施方式中，相机组1100可以被修改并包括n个(n是大于或等于4的自然数)相机。
下面参照图7B更详细地描述相机1100b的详细构造，下面将进行的描述也可以适用于其他相机1100a和1100c。
参照图7B，相机1100b可以包括棱镜1105、光路折叠元件(OPFE)1110、致动器1130、图像传感器件1140和存储装置1150。
棱镜1105可以包括反光材料的反射表面1107，以改变从外部入射的光L的路径。
在一些实施方式中，棱镜1105可以将沿第一方向(图7B中的X方向)入射的光L的路径改变为可垂直于第一方向的第二方向(图7B中的Y方向)。此外，通过围绕中心轴线1106在A方向上旋转反光材料的反射表面1107或者在B方向上旋转中心轴线1106，棱镜1105可以将在第一方向(X方向)上入射的光L的路径改变为可垂直于第一方向的第二方向(Y方向)。在这种情况下，OPFE 1110也可以在第三方向(图7B中的Z方向)上移动，该第三方向可以垂直于第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)。
在一些实施方式中，如图7B所示，棱镜1105在A方向上的最大旋转角可以在+A方向上是15度或更小，在-A方向上大于15度。
在一些实施方式中，棱镜1105可以在+B或-B方向上以约20度、10度至20度之间或15度至20度之间移动，其中+B和-B方向上的移动角度可以在约1度的范围内相同或相似。
在一些实施方式中，棱镜1105可以在平行于中心轴线1106的延伸方向的第三方向上(例如，Z方向)移动反光材料的反射表面1107。
OPFE 1110可以包括例如一组m(m是自然数)个光学透镜。m个光学透镜可以在第二方向(Y方向)上移动，以改变相机1100b的光学变焦比。在实施例中，假设相机1100b的默认光学变焦比是Z，则如果包括在OPFE 1110中的m个光学透镜移动，则相机1100b的光学变焦比可以变为3Z、5Z或大于5Z。
致动器1130可以将OPFE 1110或m个光学透镜(在下文，称为光学透镜)移动至特定位置。在实施例中，致动器1130可以调整光学透镜的位置，使得图像传感器1142位于光学透镜的焦距处，用于精确感测。
图像传感装置1140可以包括图像传感器1142、控制逻辑1144和存储器1146。图像传感器1142可以通过使用穿过光学透镜提供的光L来感测要感测的物体的图像。控制逻辑1144可以控制相机1100b的一般操作。在实施例中，控制逻辑1144可以响应于通过控制信号线CSLb提供的控制信号来控制相机1100b的操作。
存储器1146可以存储相机1100b的操作所需的信息，诸如校准数据1147。校准数据1147可以是相机1100b通过使用从外部提供的光L产生图像数据所需的信息。校准数据1147可以包括例如关于旋转角度的信息、关于焦距的信息、关于光轴的信息等。当相机1100b以其焦距根据光学透镜的位置而变化的多状态相机的形式实现时，校准数据1147可以包括光学透镜的每个位置(或每个状态)的焦距值和关于自动聚焦的信息。
存储装置1150可以存储由图像传感器1142感测的图像数据。存储装置1150可以在图像感测器件1140外部，并且以与构成图像感测器件1140的传感器芯片堆叠的形式来实现。在一些实施方式中，存储装置1150可以由电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)实现。
图像传感器1142可以包括参照图1至图6B描述的图像传感器100、100a、200或300，或被各种各样地修改和改变的图像传感器。
参照图7A和图7B，在一些实施方式中，多个相机1100a、1100b和1100c中的每个可以包括致动器1130。因此，多个相机1100a、1100b和1100c中的每个可以根据其中包括的致动器1130的操作包括相同或不同的校准数据1147。
在一些实施方式中，多个相机1100a、1100b和1100c中的一个(例如，相机1100b)可以是包括上述棱镜1105和OPFE 1110的折叠式透镜型相机，其他相机(例如，相机1100a和1100c)可以是直立式相机。
在一些实施方式中，多个相机1100a、1100b和1100c中的一个(例如，相机1100c)可以是被配置为通过使用红外(IR)线提取深度信息的直立式深度相机。在这种情况下，应用处理器1200可以通过将从深度相机接收的图像数据与从另一相机(例如，相机1100a或1100b)接收的图像数据合并来产生三维(3D)深度图像。
在一些实施方式中，多个相机1100a、1100b和1100c中的至少两个(例如，相机1100a和1100b)可以具有不同的视场。在这种情况下，例如，多个相机1100a、1100b和1100c中的至少两个(例如，相机1100a和1100b)的光学透镜可以彼此不同。
此外，在一些实施方式中，多个相机1100a、1100b和1100c的视场可以彼此不同。在这种情况下，分别包括在多个相机1100a、1100b和1100c中的光学透镜也可以彼此不同。
在一些实施方式中，多个相机1100a、1100b和1100c可以彼此物理分离。在实施例中，代替一个图像传感器1142的感测区域被多个相机1100a、1100b和1100c划分和使用，独立的图像传感器1142可以在多个相机1100a、1100b和1100c中的每个的内部。
再次参照图7A，应用处理器1200可以包括图像处理器件1210、存储控制器1220和内部存储器1230。应用处理器1200可以通过与多个相机1100a、1100b和1100c分离实现。在实施例中，应用处理器1200可以由与多个相机1100a、1100b和1100c分离的独立半导体芯片实现。
图像处理器件1210可以包括多个子图像处理器1212a、1212b和1212c、图像生成器1214和相机控制器1216。图像处理器件1210可以包括在数量上对应于多个相机1100a、1100b和1100c的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c。
从多个相机1100a、1100b和1100c生成的图像数据可以分别通过彼此分离的图像信号线ISLa、ISLb和ISLc提供给与其对应的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c。在实施例中，由相机1100a产生的图像数据可以通过图像信号线ISLa提供给子图像处理器1212a，由相机1100b产生的图像数据可以通过图像信号线ISLb提供给子图像处理器1212b，由相机1100c产生的图像数据可以通过图像信号线ISLc提供给子图像处理器1212c。该图像数据传输可以通过使用例如基于移动工业处理器接口(MIPI)的相机串行接口(CSI)来执行。
然而，在一些实施方式中，一个子图像处理器可以对应于多个相机。在实施例中，代替子图像处理器1212a和子图像处理器1212c可以如图7A所示地彼此分离，子图像处理器1212a和子图像处理器1212c可以集成到一个子图像处理器中，从相机1100a和相机1100c提供的图像数据之一可以由选择元件(例如，多路复用器)等选择，然后提供给集成的子图像处理器。
提供给每个子图像处理器1212a、1212b或1212c的图像数据可以被提供给图像生成器1214。图像生成器1214可以根据图像生成信息或模式信号，通过使用从每个子图像处理器1212a、1212b或1212c接收的图像数据来生成输出图像。
具体地，图像生成器1214可以根据图像生成信息或模式信号，通过合并由具有不同视场的多个相机1100a、1100b和1100c生成的至少一些图像数据来生成输出图像。或者，图像生成器1214可以根据图像生成信息或模式信号，通过选择由具有不同视场的多个相机1100a、1100b和1100c生成的多条图像数据中的任意一条来生成输出图像。
在一些实施方式中，图像生成信息可以包括缩放信号或缩放因子。此外，在一些实施方式中，模式信号可以是例如基于用户选择的模式的信号。
如果图像生成信息是缩放信号(缩放因子)，且多个相机1100a、1100b和1100c具有不同的视场，则图像生成器1214可以根据缩放信号的类型执行不同的操作。在实施例中，如果缩放信号是第一信号，则可以通过合并从相机1100a输出的图像数据和从相机1100c输出的图像数据以及然后使用合并的图像信号和从相机1100b输出的未用于合并的图像数据来生成输出图像。如果缩放信号是不同于第一信号的第二信号，则图像生成器1214可以通过选择从相机1100a输出的图像数据、从相机1100b输出的图像数据和从相机1100c输出的图像数据之一来生成输出图像，而不执行图像数据合并。
在一些实施方式中，图像生成器1214可以从多个子图像处理器1212a、1212b和1212c中的至少一个接收具有不同曝光时间的多条图像数据，并通过对多条图像数据执行高动态范围(HDR)处理来生成动态范围增强的合并图像数据。
相机控制器1216可以向多个相机1100a、1100b和1100c中的每个提供控制信号。由相机控制器1216产生的控制信号可以通过彼此分离的控制信号线CSLa、CSLb和CSLc被提供给相应的相机1100a、1100b和1100c。
根据包括缩放信号的图像生成信息或根据模式信号，可以将多个相机1100a、1100b和1100c中的任一相机(例如相机1100b)指定为主相机，并且可以将其他相机(例如相机1100a和1100c)指定为从相机。该信息可以被包括在控制信号中，并通过彼此分离的控制信号线CSLa、CSLb和CSLc被提供给相应的相机1100a、1100b和1100c。
根据缩放因子或模式信号，可以改变作为主相机和从相机操作的相机。在实施例中，如果相机1100a的视场比相机1100b的视场宽，并且缩放因子指示低缩放倍率，则相机1100b可以作为主相机操作，并且相机1100a可以作为从相机操作。否则，如果缩放因子指示高缩放倍率，则相机1100a可以作为主相机操作，而相机1100b可以作为从相机操作。
在一些实施方式中，从相机控制器1216向多个相机1100a、1100b和1100c中的每个提供的控制信号可以包括同步使能信号。在实施例中，如果相机1100b是主相机，并且相机1100a和1100c是从相机，则相机控制器1216可以向相机1100b发送同步使能信号。已经接收到同步使能信号的相机1100b可以基于接收到的同步使能信号产生同步信号，并且通过同步信号线SSL将产生的同步信号提供给相机1100a和1100c。相机1100b和相机1100a和1100c可以与同步信号同步，并将图像数据发送到应用处理器1200。
在一些实施方式中，从相机控制器1216向多个相机1100a、1100b和1100c提供的控制信号可以包括根据模式信号的模式信息。基于模式信息，关于感测速率，多个相机1100a、1100b和1100c可以以第一操作模式或第二操作模式操作。
在第一操作模式中，多个相机1100a、1100b和1100c可以按第一速度产生图像信号(例如，按第一帧率产生图像信号)，按高于第一速度的第二速度编码图像信号(例如，按高于第一帧率的第二帧率编码图像信号)，并将编码后的图像信号发送至应用处理器1200。这里，第二速度可以是第一速度的30倍或更小。
应用处理器1200可以将接收到的图像信号(即编码后的图像信号)存储在内部存储器1230或应用处理器1200外部的外部存储器1400中，然后从内部存储器1230或外部存储器1400读取编码后的图像信号，解码编码后的图像信号，并显示基于解码后的图像信号生成的图像数据。在实施例中，图像处理器件1210的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c当中的相应子图像处理器可以对解码后的图像信号执行解码和执行图像处理。
在第二操作模式中，多个相机1100a、1100b和1100c可以以低于第一速度的第三速度产生图像信号(例如，以低于第一帧速率的第三帧速率产生图像信号)，并将图像信号发送至应用处理器1200。提供到应用处理器1200的图像信号可以是非编码的信号。应用处理器1200可以对接收的图像信号执行图像处理，或者将接收的图像信号存储在内部存储器1230或外部存储器1400中。
PMIC 1300可以向多个相机1100a、1100b和1100c中的每个供应电力，例如电源电压。在实施例中，在应用处理器1200的控制下，PMIC 1300可以通过功率信号线PSLa向相机1100a供应第一电力，通过功率信号线PSLb向相机1100b供应第二电力，并通过功率信号线PSLc向相机1100c供应第三电力。
响应于来自应用处理器1200的功率控制信号PCON，PMIC 1300可以产生与多个相机1100a、1100b和1100c中的每个相对应的功率，并调节功率水平。功率控制信号PCON可以包括用于多个相机1100a、1100b和1100c的每个操作模式的功率调节信号。在实施例中，操作模式可以包括低功率模式，在低功率模式中，功率控制信号PCON可以包括关于在低功率模式下操作的相机和设置的功率水平的信息。分别提供到多个相机1100a、1100b和1100c的功率的水平可以彼此相同或不同。此外，功率水平可以动态改变。
接下来，描述了根据实施方式的制造图像传感器的方法。图8A至图8G是根据示例实施方式的制造图像传感器的方法的截面图，其中图8A至图8G中的每个是与沿着图3A的线II-II'截取的截面相对应的部分的截面图。参照图8A至图8G描述制造参照图3A至图3D描述的图像传感器100的方法。
参照图8A，包括外延半导体层的衬底102可以位于硅衬底901上。在实施方式中，硅衬底901可以包括单晶硅。衬底102可以包括从硅衬底901的表面外延生长的单晶硅层。在实施方式中，硅衬底901和衬底102可以包括掺有B离子的单晶硅层。在形成衬底102之后，衬底102的前侧表面102A可以暴露。
参照图8B，在图8A的结果中，可以通过从衬底102的前侧表面102A蚀刻衬底102的一部分来形成多个浅沟槽104T，然后可以形成填充多个浅沟槽104T的局部隔离层104。此后，可以形成穿透局部隔离层104和部分衬底102的多个深沟槽110T。
根据实施方式，在蚀刻衬底102的一部分的操作中，可以执行形成隔离层连接部分113(见图3B)的第一蚀刻工艺，然后可以执行形成外部隔离层112(见图3B)和内部隔离层114(见图3B)的第二蚀刻工艺。在另一实施方式中，第一蚀刻工艺和第二蚀刻工艺可以同时执行。
参照图8C，在图8B的结果中，通过借助深沟槽110T执行离子注入工艺以及然后执行热处理，隔离衬垫116和隔离柱118可以位于由衬底102中的深沟槽110T限定的具有相对窄的宽度的区域LA(见图8B)中。隔离衬垫116和隔离柱118可以同时形成。隔离柱118可以是通过掺杂剂获得的结果，掺杂剂可以通过深沟槽110T被离子注入，通过热处理扩散到衬底102的区域LA。隔离衬垫116可以共形地形成在深沟槽110T的内部，并且隔离柱118可以是未掺杂的。
参照图8D，在图8C的结果中，可以形成填充深沟槽110T的外部隔离层112和多个内部隔离层114。外部隔离层112、隔离层连接部分113、多个内部隔离层114、隔离衬垫116和隔离柱118可以构成像素隔离结构110。感测区SA(见图3B)可以由外部隔离层112限定。
此后，第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4(见图3A)可以通过从衬底102的前侧表面102A进行离子注入工艺而位于感测区SA中。在实施方式中，为了形成第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4(见图3A)，可以执行用于形成多个第一半导体区域132(见图3A)和多个第二半导体区域134(见图3A)的离子注入工艺。
参照图8E，在图8D的结果中，可以通过从衬底102的前侧表面102A向衬底102的局部区域注入杂质离子来形成浮置扩散区FD。包括栅极电介质层142(见图3B)和传输栅极144(见图3B)的多个栅极结构可以在衬底102的前侧表面102A上。
所述多个栅极结构可以包括构成驱动四个子像素SP1所需的晶体管的栅极结构，所述四个子像素包括在参照图2至图3D描述的图像传感器100中。此后，包括第一至第四层间绝缘层182A、182B、182C和182D以及多层结构的多个布线层184的布线结构MS可以在所述多个栅极结构上。
此外，布线结构MS可以包括电压施加布线层190和构造成向像素隔离结构110施加偏置电压Vbias(见图3C)的多个接触192。在另一实施方式中，被构造成向像素隔离结构110施加偏置电压Vbias(见图3C)的电压施加布线层190和多个接触192可以在像素隔离结构110下方。在这种情况下，接触192可以是背接触(BC)。
尽管本实施方式仅示出了衬底102的彩色像素CP1的局部区域，但衬底102可以进一步包括参照图1描述的多个像素组PG、以及多个像素组PG周围的外围电路区和焊盘区。外围电路区可以包括配置为控制多个像素组PG的各种类型的电路。在实施例中，外围电路区可以包括多个晶体管。可以驱动所述多个晶体管以向第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中的每个提供特定信号，或者控制第一至第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中的每个的输出信号。在实施例中，所述多个晶体管可以构成各种类型的逻辑电路，诸如定时发生器、行解码器、行驱动器、CDS、ADC、锁存器和列解码器。焊盘区可以包括电连接到多个像素组PG和外围电路区中的电路的导电焊盘。导电焊盘可以用作连接端子，通过该连接端子，可以从外部向多个像素组PG和外围电路区中的电路提供电力和信号。
参照图8F，在图8E的结果中，支撑衬底920可以粘附到布线结构MS上。粘附层可以位于支撑衬底920和第四层间绝缘层182D之间。此后，在支撑衬底920粘附到布线结构MS上的状态下，可以使用机械研磨工艺、化学机械抛光(CMP)工艺或湿蚀刻工艺来去除硅衬底901(见图8E)、衬底102的一部分和隔离衬垫116的一部分，从而暴露衬底102的背侧表面102B、外部隔离层112的下表面、多个内部隔离层114的下表面、隔离衬垫116的下表面和隔离柱118的下表面。
参照图8G，在图8F的结果中，可以通过在衬底102的背侧表面102B、外部隔离层112的下表面、多个内部隔离层114的下表面、隔离衬垫116的下表面和隔离柱118的下表面上依次形成第一平坦化层122、分隔物126、滤色器CF、第二平坦化层124和微透镜ML来形成透光结构LTS。此后，可以去除支撑衬底920以制造图3A至图3D所示的图像传感器100。
根据制造图像传感器100的方法，根据参照图8A至图8G描述的实施方式，图像传感器100可以包括第二隔离柱118B，其在水平方向(X方向和/或Y方向)上将多个内部隔离层114中的两个的至少部分分离，从而减少像素电荷超过饱和水平的模糊效应。
具体而言，在参照图8B描述的工艺中，通过执行形成隔离层连接部分113的第一蚀刻工艺以及然后执行形成外部隔离层112和内部隔离层114的第二蚀刻工艺，可以一体形成外部隔离层112、隔离层连接部分113和内部隔离层114。
图像传感器100可以包括第二隔离柱118B，第二隔离柱118B在水平方向(X方向和/或Y方向)上分离多个内部隔离层114中的两个的至少部分，从而减少像素电荷超过饱和水平的模糊效应。因此，可以提高图像传感器100的可靠性和电稳定性。
通过总结和回顾，本申请涉及一种包括多个光电二极管的图像传感器和包括该图像传感器的电子系统。图像传感器通过使用对从对象反射的光的强度做出反应的光电转换元件来生成对象的图像。近来，能够实现高分辨率的基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器已经被广泛使用。本申请涉及一种即使当像素尺寸减小时也能够获得高质量图像的图像传感器，以及包括该图像传感器的电子系统。
在这里公开了示例实施方式，尽管特定术语被采用，但它们仅在一般的和描述性的意义上被使用和说明，而非出于限制目的。在一些情况下，如对于本申请提交时的本领域普通技术人员来说明显的是，结合特定实施方式描述的特征、特性和/或元素可以单独使用，或者与结合其他实施方式描述的特征、特性和/或元素结合使用，除非另外特别指出。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。
于2022年11月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2022-0148971号通过引用整体合并于此。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
在衬底上的彩色像素，包括以m×n矩阵布置的多个子像素，并且m和n中的每个是2至10的自然数；以及
像素隔离结构，配置为隔离所述彩色像素中的所述多个子像素中的每个，
其中所述像素隔离结构包括：
围绕所述彩色像素的外部隔离层；
至少一个隔离层连接部分，从所述外部隔离层的内壁在朝向所述彩色像素的中心的方向上延伸；
至少一个内部隔离层，在由所述外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分，并且从所述至少一个隔离层连接部分在垂直向下的方向上延伸；
隔离衬垫，覆盖所述至少一个内部隔离层的两个侧壁；以及
至少一个隔离柱，与从所述多个子像素当中选择的至少两个子像素接触，并且与所述至少一个内部隔离层一起限定所述多个子像素中的每个的所述局部区域的所述尺寸。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述衬底包括彼此相反的前侧表面和背侧表面，并且所述至少一个隔离层连接部分的上表面与所述衬底的所述前侧表面接触。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述至少一个内部隔离层在垂直方向上从所述至少一个隔离层连接部分穿透所述衬底到所述衬底的所述背侧表面。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述外部隔离层、所述至少一个隔离层连接部分和所述至少一个内部隔离层一体连接。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中施加到所述外部隔离层的电压经由所述至少一个隔离层连接部分被施加到所述至少一个内部隔离层。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括在垂直方向上与所述至少一个隔离柱重叠的浮置扩散区。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：
分别布置在所述多个子像素内部的多个光电二极管；
多个滤色器，覆盖所述多个子像素，在所述衬底的背侧表面上，分别对应于所述多个子像素；以及
微透镜，覆盖所述多个子像素，其间具有所述多个滤色器。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括多个滤色器，所述多个滤色器覆盖所述多个子像素，在所述衬底的背侧表面上，分别对应于所述多个子像素，
其中所述多个滤色器具有相同的颜色。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述彩色像素包括以2×2矩阵布置的四个子像素，所述至少一个隔离柱包括与所述四个子像素中的每个接触的一个隔离柱，并且所述至少一个隔离层连接部分包括与所述一个隔离柱接触的四个隔离层连接部分。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述彩色像素包括以2×2矩阵布置的四个子像素，所述至少一个隔离柱包括在水平方向上彼此分离的多个隔离柱，所述多个隔离柱中的每个与从所述四个子像素当中选择的至少两个子像素接触，所述至少一个内部隔离层包括面对所述四个子像素中的每个的十字形内部隔离层，并且所述十字形内部隔离层与所述多个隔离柱中的至少一些接触。
11.一种图像传感器，包括：
像素组，在衬底上并且包括多个彩色像素，每个彩色像素包括布置成2×2矩阵的多个子像素；以及
像素隔离结构，配置为隔离所述多个彩色像素的每个中的所述多个子像素的每个，
其中所述多个彩色像素中的每个包括多个子像素，从所述多个彩色像素当中选择的一个彩色像素中的所述多个子像素以m×n矩阵布置，并且m和n中的每个是2至10的自然数，所选择的一个彩色像素中的所述多个子像素具有相同的颜色，以及
所述像素隔离结构包括：
围绕所述彩色像素的外部隔离层；
至少一个隔离层连接部分，从所述外部隔离层的内壁在朝向所述彩色像素的中心的方向上延伸；
多个内部隔离层，在由所述外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分，并且从所述至少一个隔离层连接部分在垂直向下的方向上延伸；
隔离衬垫，覆盖所述多个内部隔离层的两个侧壁；以及
多个隔离柱，与从所述多个子像素当中选择的至少两个子像素接触，并且与所述多个内部隔离层一起限定所述多个子像素的每个的所述局部区域的所述尺寸，
所述多个内部隔离层在水平方向上彼此分离。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述多个隔离柱包括：
第一隔离柱，与所述彩色像素的所述中心相邻并面对所有的所述多个子像素；以及
多个第二隔离柱，布置在所述多个内部隔离层的每两个之间，并且每个第二隔离柱面对所述多个子像素中的两个。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述衬底的高度与所述至少一个隔离层连接部分的高度的比值为500％或更小。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述多个内部隔离层中的每个的水平宽度的范围是50nm至400nm，并且所述多个第二隔离柱中的每个的水平宽度的范围是50nm至400nm。
15.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述彩色像素包括以2×2矩阵布置的四个子像素，所述多个内部隔离层包括面对所述四个子像素中的每个的十字形内部隔离层，并且所述十字形内部隔离层与所述多个隔离柱中的至少一些接触。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中所述至少一个隔离层连接部分是一个隔离层连接部分，并且所述十字形内部隔离层和所述多个内部隔离层从所述隔离层连接部分的下表面在所述垂直向下的方向上延伸。
17.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述多个彩色像素包括第一绿色像素、红色像素、蓝色像素和第二绿色像素，一个彩色像素中包括的所述多个子像素包括以2×2矩阵布置的四个子像素，所述隔离衬垫和所述多个隔离柱中的每个包括掺有P+型杂质的硅区域，并且所述隔离衬垫和所述多个隔离柱一体连接。
18.根据权利要求11所述的图像传感器，进一步包括：
浮置扩散区，在垂直方向上与所述多个隔离柱重叠；
多个光电二极管，分别布置在所述多个子像素内部；
多个滤色器，覆盖所述多个子像素，在所述衬底的背侧表面上，分别对应于所述多个子像素；以及
一个或更多个微透镜，覆盖所述多个子像素，其间具有所述多个滤色器，所述多个滤色器分别对应于所述多个子像素。
19.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述外部隔离层、所述至少一个隔离层连接部分和所述多个内部隔离层被一体连接，并且所述外部隔离层、所述至少一个隔离层连接部分和所述多个内部隔离层中的每个包括硅氧化物、硅氮化物、硅碳氮化物、硅氮氧化物、硅氧碳化物、二氧化硅、多晶硅、金属、金属氮化物、金属氧化物、硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、等离子体增强原硅酸四乙酯、氟硅酸盐玻璃、碳掺杂的硅氧化物或有机硅酸盐玻璃、空气。
20.一种电子系统，包括：
包括图像传感器的至少一个相机；以及
处理器，配置为处理从所述至少一个相机接收的图像数据，
其中所述图像传感器包括：
在衬底上的彩色像素，包括以m×n矩阵布置的多个子像素，并且m和n中的每个是2至10的自然数；以及
像素隔离结构，配置为隔离所述彩色像素中的所述多个子像素中的每个，
所述像素隔离结构包括：
围绕所述彩色像素的外部隔离层；
至少一个隔离层连接部分，从所述外部隔离层的内壁在朝向所述彩色像素的中心的方向上延伸；
至少一个内部隔离层，在由所述外部隔离层限定的区域中限定所述多个子像素中的每个的局部区域的尺寸，包括所述多个子像素当中的彼此相邻的两个子像素之间的部分，并且从所述至少一个隔离层连接部分在垂直向下的方向上延伸；
隔离衬垫，覆盖所述至少一个内部隔离层的两个侧壁；以及
至少一个隔离柱，与从所述多个子像素当中选择的至少两个子像素接触，并且与所述至少一个内部隔离层一起限定所述多个子像素中的每个的所述局部区域的所述尺寸。
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