深度像素、三維圖像傳感器和操作深度像素的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開深度像素、三維圖像傳感器和操作深度像素的方法。一種三維圖像傳感器的深度像素包括：第一光柵極，響應(yīng)于第一光控制信號導(dǎo)通/截止；第一光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝还鈻艠O導(dǎo)通時基于被對象反射的接收光產(chǎn)生第一電荷；第一發(fā)送柵極，響應(yīng)于第一發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止；第一浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝话l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；和第一補(bǔ)償單元，被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以向第一浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
【專利說明】深度像素、三維圖像傳感器和操作深度像素的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]要求于2013年2月8日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局(KIPO)提交的第2013-0014260號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容通過引用全部包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]示例實施例總體上涉及圖像傳感器,更具體地，示例實施例涉及一種包括在三維圖像傳感器中的深度像素、一種包括深度像素的三維圖像傳感器、以及一種操作三維圖像傳感器中包括的深度像素的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]圖像傳感器是半導(dǎo)體裝置，它被配置成將外部入射的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成可用于獲取對應(yīng)于光學(xué)信號的圖像信息的電信號。近來，已經(jīng)針對能夠基于光學(xué)信號提供距離信息以及圖像信息的三維圖像傳感器的開發(fā)進(jìn)行了研究。三維圖像傳感器可依賴于各深度像素之間的距離和飛行時間(TOF)測量來確定對象的距離。這里，TOF是指在激光脈沖照射到對象之后通過反射返回其初始位置所花費的激光脈沖的行進(jìn)時間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]根據(jù)不例實施例，一種三維圖像傳感器的深度像素包括:第一光柵極，響應(yīng)于第一光控制信號導(dǎo)通/截止；第一光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝还鈻艠O導(dǎo)通時基于被對象反射的接收光產(chǎn)生第一電荷；第一發(fā)送柵極，響應(yīng)于第一發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止；第一浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝话l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；和第一補(bǔ)償單元。第一補(bǔ)償單元被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以向第一浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
[0006]第一補(bǔ)償單元可包括第一環(huán)境光檢測區(qū)和第一注入柵極。第一環(huán)境光檢測區(qū)可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷。第一注入柵極可響應(yīng)于第一注入控制信號導(dǎo)通/截止。
[0007]當(dāng)?shù)谝蛔⑷霒艠O導(dǎo)通時，從第一環(huán)境光檢測區(qū)產(chǎn)生的第二電荷可被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)中。
[0008]第一環(huán)境光檢測區(qū)的尺寸可小于第一光檢測區(qū)的尺寸。
[0009]可通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電類型相同、濃度比半導(dǎo)體基板中摻雜的雜質(zhì)的濃度高的第一雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板中形成第一環(huán)境光檢測區(qū)。
[0010]可通過使第一雜質(zhì)的濃度在朝向接收光入射的半導(dǎo)體基板的第一表面的方向上逐漸增大，形成第一環(huán)境光檢測區(qū)。
[0011]第一補(bǔ)償單元還可包括第一重置晶體管，以響應(yīng)于第一重置信號初始化第一環(huán)境光檢測區(qū)。
[0012]第一補(bǔ)償單元還可包括第二發(fā)送柵極和第一存儲區(qū)。第二發(fā)送柵極可響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止。當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通時，第一存儲區(qū)可存儲從第一環(huán)境光檢測區(qū)產(chǎn)生的第二電荷。
[0013]當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通后第一注入柵極導(dǎo)通時，存儲在第一存儲區(qū)中的第二電荷可被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)中。
[0014]第一環(huán)境光檢測區(qū)可包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)。可通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板中摻雜的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同、濃度比半導(dǎo)體基板中摻雜的雜質(zhì)的濃度高的第一雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板中形成第一雜質(zhì)區(qū)?？赏ㄟ^摻雜導(dǎo)電類型與第一雜質(zhì)的導(dǎo)電類型不同的第二雜質(zhì)，在第一雜質(zhì)區(qū)下方的半導(dǎo)體基板中形成第二雜質(zhì)區(qū)。
[0015]第一環(huán)境光檢測區(qū)還可包括通過摻雜第二雜質(zhì)在第一雜質(zhì)區(qū)上方的半導(dǎo)體基板中形成的第三雜質(zhì)區(qū)。
[0016]第一補(bǔ)償單元還可包括第一重置晶體管，以響應(yīng)于第一重置信號初始化第一存儲區(qū)。
[0017]深度像素還可包括第二光柵極、第二光檢測區(qū)、第二發(fā)送柵極、第二浮置擴(kuò)散區(qū)和第二補(bǔ)償單元。第二光柵極可響應(yīng)于第二光控制信號導(dǎo)通/截止。當(dāng)?shù)诙鈻艠O導(dǎo)通時，第二光檢測區(qū)可基于接收光產(chǎn)生第三電荷。第二發(fā)送柵極可響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止。當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通時，第二浮置擴(kuò)散區(qū)可累積從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第三電荷。第二補(bǔ)償單元可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第三電荷的第四電荷，以向第二浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第四電荷。
[0018]深度像素還可包括第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)之間的溝道阻止區(qū)。
[0019]第一光控制信號可在光收集時間段期間在第一邏輯電平和第二邏輯電平之間周期性地切換，并且可在讀出時間段期間具有第一邏輯電平。第二電荷可在光收集時間段期間被產(chǎn)生并且被收集，并且在光收集時間段或讀出時間段期間被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)中。
[0020]深度像素還可包括第一輸出單元，以產(chǎn)生與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的輸出電壓。
[0021]第一輸出單元可包括第一重置晶體管、第一驅(qū)動晶體管和第一選擇晶體管。第一重置晶體管可響應(yīng)于第一重置信號初始化第一浮置擴(kuò)散區(qū)。第一驅(qū)動晶體管可放大第一浮置擴(kuò)散區(qū)的電壓。第一選擇晶體管可將被第一驅(qū)動晶體管放大的電壓作為輸出電壓輸出。
[0022]根據(jù)示例實施例，一種三維圖像傳感器的深度像素包括:第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)，被配置為基于被對象反射的接收光，產(chǎn)生第一電荷；第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為分別累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷和從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；第一補(bǔ)償單元和第二補(bǔ)償單元，被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以分別向第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
[0023]深度像素還可包括第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)以及第一光柵極和第二光柵極。第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)可分別與第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)相鄰。第一光柵極和第二光柵極可分別形成在第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)上方，以響應(yīng)于第一光控制信號和第二光控制信號將從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷和從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷分別存儲在第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)中。
[0024]深度像素還可包括第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)以及第一光柵極和第二光柵極。第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)可分別與第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)分隔開。第一光柵極和第二光柵極可響應(yīng)于第一光控制信號和第二光控制信號將第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)分別電連接到第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)。
[0025]深度像素還可包括第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)、第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)、第一光柵極和第二光柵極以及第一存儲柵極和第二存儲柵極。第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)可分別與第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)相鄰。第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)可分別與第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)分隔開。第一光柵極和第二光柵極可分別形成在第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)上方，以響應(yīng)于第一光控制信號和第二光控制信號將從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷和從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷分別存儲在第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)中。第一存儲柵極和第二存儲柵極可將第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)分別電連接到第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)。
[0026]根據(jù)示例實施例，一種三維圖像傳感器包括光源單元和像素陣列。光源單元將調(diào)制的發(fā)送光照射到對象。像素陣列包括多個深度像素以基于被對象反射的接收光產(chǎn)生從三維圖像傳感器到對象的距離信息。所述多個深度像素之中的第一深度像素包括:第一光柵極，響應(yīng)于第一光控制信號導(dǎo)通/截止；第一光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝还鈻艠O導(dǎo)通時基于接收光產(chǎn)生第一電荷；第一發(fā)送柵極，響應(yīng)于第一發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止；第一浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝话l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；和第一補(bǔ)償單兀，被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以向第一浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
[0027]所述多個深度像素之中的與第一深度像素相鄰的第二深度像素可包括第二光柵極、第二光檢測區(qū)、第二發(fā)送柵極和第二浮置擴(kuò)散區(qū)。第二光柵極可響應(yīng)于第二光控制信號導(dǎo)通/截止。當(dāng)?shù)诙鈻艠O導(dǎo)通時，第二光檢測區(qū)可基于接收光產(chǎn)生第三電荷。第二發(fā)送柵極可響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止。當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通時，第二浮置擴(kuò)散區(qū)可累積從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第三電荷。第一補(bǔ)償單元可被第一深度像素和第二深度像素共用。
[0028]根據(jù)示例實施例，在一種操作三維圖像傳感器的深度像素的方法中，基于被對象反射的接收光，在光收集時間段期間產(chǎn)生第一電荷。基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷。在讀出時間段期間將第一電荷累積在浮置擴(kuò)散區(qū)中。將第二電荷注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中。
[0029]可在光收集時間段期間執(zhí)行產(chǎn)生第二電荷的步驟?？稍诠馐占瘯r間段或讀出時間段期間執(zhí)行將第二電荷注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的步驟。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將理解示例性的、非限制性的示例實施例。
[0031]圖1是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器的深度像素的平面圖。
[0032]圖2是示出圖1中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0033]圖3是在說明圖1中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0034]圖4是示出圖1中示出的深度像素的示例的平面圖。
[0035]圖5A和圖5B是示出圖4中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0036]圖6A、圖6B和圖6C是在說明圖4中示出的深度像素的補(bǔ)償單元中包括的環(huán)境光檢測區(qū)的結(jié)構(gòu)的過程中參考的示圖。
[0037]圖7A和圖7B是在說明圖4中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0038]圖8是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0039]圖9是示出圖8中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0040]圖1OA和圖1OB是在說明圖8中示出的深度像素的補(bǔ)償單元中包括的環(huán)境光檢測區(qū)的結(jié)構(gòu)的過程中參考的示圖。
[0041]圖1lA和圖1lB是在說明圖8中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0042]圖12是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0043]圖13是示出圖12中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0044]圖14是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0045]圖15是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0046]圖16是示出圖15中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0047]圖17是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0048]圖18是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0049]圖19是示出圖18中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0050]圖20A和圖20B是在說明圖18中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0051]圖21是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0052]圖22A和圖22B是在說明圖21中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0053]圖23是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0054]圖24是示出圖23中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)的示例的示圖。
[0055]圖25是在說明圖23中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0056]圖26是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0057]圖27是在說明圖26中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0058]圖28和圖29是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0059]圖30是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器的框圖。
[0060]圖31是示出圖30中示出的三維圖像傳感器中包括的像素陣列的示例的示圖。
[0061]圖32是示出圖30中示出的三維圖像傳感器中包括的像素陣列的另一示例的示圖。
[0062]圖33是在說明圖30中示出的三維圖像傳感器的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0063]圖34是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器的框圖。
[0064]圖35A和圖35B是示出圖34中示出的三維圖像傳感器中包括的像素陣列的示例的示圖。
[0065]圖36是在描述根據(jù)示例實施例的操作三維圖像傳感器的深度像素的方法的過程中參考的流程圖。[0066]圖37是在描述在根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器中測量距離的方法的過程中參考的流程圖。
[0067]圖38是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器應(yīng)用于相機(jī)的應(yīng)用的框圖。
[0068]圖39是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器應(yīng)用于計算系統(tǒng)的應(yīng)用的框圖。
[0069]圖40是示出圖39的計算系統(tǒng)中使用的接口的一個示例的框圖。
【具體實施方式】
[0070]將參照附圖更充分地描述各種示例實施例，在附圖中示出示例實施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可用許多不同形式實施并且不應(yīng)該被解釋為限于在此提出的實施例。相反地，提供這些實施例使得本發(fā)明將是徹底和完全的，并且將本發(fā)明構(gòu)思的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在本申請中，類似的標(biāo)號始終表示類似的元件。
[0071]應(yīng)該理解，盡管這里可使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述各種元件，但這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語用于將一個元件與另一個元件區(qū)分開。例如，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，類似地，第二元件可被稱為第一元件。如這里使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列的項目的任意組合和所有組合。
[0072]應(yīng)該理解，當(dāng)元件被稱作“連接”或“結(jié)合”到另一元件時，該元件可直接連接或結(jié)合到另一元件，或者可能存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱作“直接連接”或“直接結(jié)合”到另一元件時，不存在中間元件。應(yīng)該以類似方式解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其它詞語(例如，“在…之間”與“直接在…之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。
[0073]這里使用的術(shù)語是出于描述特定實施例的目的，不意圖限制本發(fā)明構(gòu)思。如這里使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解，當(dāng)在這里使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或更多個其它特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件。
[0074]除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。還應(yīng)該理解，除非這里明確定義，否則術(shù)語(諸如在通用字典中定義的術(shù)語)應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)技術(shù)的背景下它們的意思相同的意思，而不是理想地或者過于正式地解釋它們的意思。
[0075]圖1是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器的深度像素的平面圖。圖2示出沿著圖1的Ι-I'線截取的剖視圖，并且代表圖1中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0076]參照圖1和圖2，示例實施例的三維圖像傳感器中包括的深度像素10包括光柵極
20、光檢測區(qū)30、發(fā)送柵極40、浮置擴(kuò)散區(qū)50和補(bǔ)償單元60。深度像素10還可包括輸出單元80。
[0077]光柵極20形成在半導(dǎo)體基板11上方，并且響應(yīng)于光控制信號PGC導(dǎo)通/截止。光檢測區(qū)30形成在半導(dǎo)體基板11中，并且當(dāng)光柵極20導(dǎo)通時，光檢測區(qū)30基于被對象反射的接收光RX來產(chǎn)生第一電荷。
[0078]發(fā)送柵極40形成在半導(dǎo)體基板11上方，并且響應(yīng)于發(fā)送控制信號TGC導(dǎo)通/截止。浮置擴(kuò)散區(qū)50形成在半導(dǎo)體基板11中，以當(dāng)發(fā)送柵極40導(dǎo)通時累積由光檢測區(qū)30產(chǎn)生的第一電荷。換句話講，光檢測區(qū)30可響應(yīng)于發(fā)送控制信號TGC電連接到浮置擴(kuò)散區(qū)50。這種電連接可通過在光檢測區(qū)30和浮置擴(kuò)散區(qū)50之間的半導(dǎo)體基板11上方形成的溝道來實現(xiàn)。
[0079]補(bǔ)償單元60形成在半導(dǎo)體基板11之上和內(nèi)部。補(bǔ)償單元60基于接收光RX中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生極性與第一電荷的極性不同(或相反)的第二電荷，并且響應(yīng)于注入控制信號IGC向浮置擴(kuò)散區(qū)50供應(yīng)第二電荷。稍后將參照圖4、圖5B、圖8和圖9描述補(bǔ)償單元60的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示例。
[0080]在一個示例實施例中，第一電荷可以是電子并且第二電荷可以是電子-空穴對中的空穴。在另一個示例實施例中，第一電荷可以是空穴并且第二電荷可以是電子-空穴對中的電子。
[0081]輸出單元80響應(yīng)于重置信號RST重置浮置擴(kuò)散區(qū)50，并且將浮置擴(kuò)散區(qū)50的電壓轉(zhuǎn)換成電信號，以輸出所述電信號。換句話講，輸出單元80可產(chǎn)生與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的輸出電壓V0UT。稍后將參照圖4和圖5A描述輸出單元80的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示例。
[0082]圖3是在描述圖1中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。
[0083]參照圖1、圖2和圖3，深度像素10通過在光收集時間段TINT之前啟用重置信號RST來重置浮置擴(kuò)散區(qū)50。
[0084]包括深度像素10的三維圖像傳感器在光收集時間段TINT期間向?qū)ο笳丈浣?jīng)調(diào)制的發(fā)送光TX。如稍后將參照圖30和圖34描述的，三維圖像傳感器可包括用于向?qū)ο笳丈渚哂兄芷谛宰兓膹?qiáng)度的發(fā)送光TX的光源或發(fā)光器件。發(fā)送光TX被對象反射，并且作為接收光RX到達(dá)三維圖像傳感器。接收光RX相對于發(fā)送光TX延遲TOF (飛行時間)。
[0085]在光收集時間段TINT期間通過接收光RX從深度像素10的光檢測區(qū)30產(chǎn)生第一電荷。詳細(xì)地，光控制信號PGC在光收集時間段TINT期間具有周期性變化的強(qiáng)度，并且與光控制信號PGC的啟用持續(xù)時間對應(yīng)的光電荷Q從光檢測區(qū)30產(chǎn)生并且被收集作為第一電荷。
[0086]以此方式，可基于與光控制信號PCG的相位對應(yīng)的光電荷Q的量計算T0F。當(dāng)從三維圖像傳感器到對象的距離是D并且光速是c時，可基于等式“D=T0FX c/2”計算距離D。盡管圖3只不出相位與發(fā)送光TX的相位相同的一個光控制信號PGC,但根據(jù)不例實施例,可利用相位與發(fā)送光TX的相位不同的多個光控制信號來更準(zhǔn)確地計算T0F。
[0087]另外，在光收集時間段TINT期間基于接收光RX中包括的環(huán)境光分量從深度像素10的補(bǔ)償單元60產(chǎn)生第二電荷。
[0088]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，最初啟用重置信號RST，使得浮置擴(kuò)散區(qū)50被初始化。在浮置擴(kuò)散區(qū)50被初始化后，啟用第一采樣控制信號SMPB，使得浮置擴(kuò)散區(qū)50的電壓被檢測為噪聲電壓VB。在檢測到噪聲電壓VB后，啟用發(fā)射控制信號TGC，使得第一電荷累積在浮置擴(kuò)散區(qū)50中。同時，啟用注入控制信號IGC，使得第二電荷注入浮置擴(kuò)散區(qū)50中。在第一電荷和第二電荷累積在/注入浮置擴(kuò)散區(qū)50中后，啟用第二采樣控制信號SMPD，使得浮置擴(kuò)散區(qū)50的電壓被檢測為解調(diào)電壓VD。解調(diào)電壓VD對應(yīng)于第一電荷和第二電荷的總和。另外，解調(diào)電壓VD和噪聲電壓VB之差可對應(yīng)于有效電壓。
[0089]盡管圖3示出在光收集時間段TINT期間禁用重置信號RST，但根據(jù)示例實施例，重置信號RST可在光收集時間段TINT之前被啟用并且可保持啟用狀態(tài)。
[0090]根據(jù)示例實施例的深度像素10包括用于將基于環(huán)境光分量產(chǎn)生的第二電荷注入浮置擴(kuò)散區(qū)50中的補(bǔ)償單元60。由于基于接收光RX產(chǎn)生的第一電荷中的一些在與第二電荷復(fù)合之后消失，因此即使環(huán)境光相當(dāng)強(qiáng)，包括深度像素10的三維圖像傳感器也可準(zhǔn)確地測量到對象的距離，而性能沒有降低。
[0091] 下文中，將描述根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器中包括的深度像素的各種示例。
[0092]提供圖4至圖1lB用于說明與基于接收光RX中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷(例如，空穴)的補(bǔ)償塊相關(guān)的示例實施例，提供圖12至圖29用于說明與包括基于接收光RX產(chǎn)生第一電荷(例如，電子)的光檢測區(qū)的主感測塊相關(guān)的示例實施例。
[0093]圖4是示出圖1中示出的深度像素的示例的平面圖，圖5A是沿著圖4的Ι-I'線截取的剖視圖，圖5B是沿著圖4的ΙΙ-ΙI'線截取的剖視圖。圖5A和圖5B代表圖4中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0094]參照圖4、圖5A和圖5B,深度像素IOOa包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和補(bǔ)償單元160a。深度像素IOOa還可包括輸出單元180。另外，深度像素IOOa還可包括第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170a和第二輸出單元190。
[0095]可通過對半導(dǎo)體基板110應(yīng)用CMOS工藝來形成深度像素100a。例如,可通過在半導(dǎo)體基板110的頂表面上注入離子，在半導(dǎo)體基板110中形成光檢測區(qū)和浮置擴(kuò)散區(qū)151和153，可通過沉積工藝或蝕刻工藝在半導(dǎo)體基板110上方形成光柵極121和123和發(fā)送柵極141和143，使得光柵極121和123和發(fā)送柵極141和143可與半導(dǎo)體基板110分隔開。盡管在圖中未示出，但可在半導(dǎo)體基板110的頂表面和柵極121、123、141和143之間插入諸如氧化物層的絕緣層。
[0096]第一光柵極121可響應(yīng)于第一光控制信號PGCl導(dǎo)通/截止，并且第一發(fā)送柵極141可響應(yīng)于第一發(fā)送控制信號TGCl導(dǎo)通/截止。第二光柵極123可響應(yīng)于第二光控制信號PGC2導(dǎo)通/截止，并且第二發(fā)送柵極143可響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號TGC2導(dǎo)通/截止。第一光柵極121可設(shè)置在第一光檢測區(qū)131上方，并且第一發(fā)送柵極141可設(shè)置在第一光檢測區(qū)131和第一浮置擴(kuò)散區(qū)151之間。第二光柵極122可設(shè)置在第二光檢測區(qū)133上方，并且第二發(fā)送柵極143可設(shè)置在第二光檢測區(qū)133和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153之間。
[0097]柵極121、123、141和143可包括多晶硅或透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。例如，柵極121、123,141和143可包括氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化銦鋅(ΙΖ0)、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(Ti02)或它們的組合物。
[0098]如圖5A和圖5B中所示，接收光RX可從半導(dǎo)體基板110的頂表面入射到深度像素IOOa0在這種情況下，光柵極121和123可包括透明導(dǎo)電氧化物。同時，與圖5A和圖5B相反，接收光RX可從半導(dǎo)體基板110的底表面入射到深度像素100a。在這種情況下，光柵極121和123可包括不透明導(dǎo)電氧化物。
[0099]第一光檢測區(qū)131可在第一光柵極121導(dǎo)通時基于被對象反射的接收光RX產(chǎn)生第一電荷，第一浮置擴(kuò)散區(qū)151可在第一發(fā)送柵極141導(dǎo)通時累積從第一光檢測區(qū)131產(chǎn)生的第一電荷。第二光檢測區(qū)133可在第二光柵極123導(dǎo)通時基于接收光RX產(chǎn)生第三電荷，第二浮置擴(kuò)散區(qū)153可在第二發(fā)送柵極143導(dǎo)通時累積從第二光檢測區(qū)133產(chǎn)生的第三電荷。第一電荷具有與第三電荷的極性相同的極性。[0100]可通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型不同的雜質(zhì)來形成光檢測區(qū)131和133和浮置擴(kuò)散區(qū)151和153。例如，當(dāng)半導(dǎo)體基板110是p型半導(dǎo)體基板時，可通過摻雜η型雜質(zhì)形成光檢測區(qū)131和133和浮置擴(kuò)散區(qū)151和153。在這種情況下，第一電荷和第三電荷可以是電子-空穴對中的電子。根據(jù)示例實施例，可通過摻雜濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的η型雜質(zhì)來形成光檢測區(qū)131和133和浮置擴(kuò)散區(qū)151和153，光檢測區(qū)131和133可被實現(xiàn)為光電二極管或釘扎光電二極管。
[0101]第一輸出單元180可輸出與第一浮置擴(kuò)散區(qū)151中累積的電荷對應(yīng)的電信號。第二輸出單兀190可輸出與第二浮置擴(kuò)散區(qū)153中累積的電荷對應(yīng)的電信號。
[0102]第一輸出單兀180可包括第一重置晶體管181、第一驅(qū)動晶體管183和第一選擇晶體管185。第一重置晶體管181響應(yīng)于第一重置信號RSTl釋放累積在第一浮置擴(kuò)散區(qū)151中的電荷，以將第一浮置擴(kuò)散區(qū)151初始化為電源VDD的電平。第一驅(qū)動晶體管183可放大第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓。第一選擇晶體管185可響應(yīng)于第一選擇信號SELl將被第一驅(qū)動晶體管183放大的電壓作為第一輸出電壓VOUTl供應(yīng)到第一輸出線187。
[0103]第二輸出單元190可具有與第一輸出單元180的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)。詳細(xì)地，第二輸出單元190可包括第二重置晶體管191、第二驅(qū)動晶體管193和第二選擇晶體管195。第二重置晶體管191響應(yīng)于第二重置信號RST2釋放累積在第二浮置擴(kuò)散區(qū)153中的電荷，以將第二浮置擴(kuò)散區(qū)153初始化為電源VDD的電平。第二驅(qū)動晶體管193可放大第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓。第二選擇晶體管195可響應(yīng)于第二選擇信號SEL2將被第二驅(qū)動晶體管193放大的電壓作為第二輸出電壓V0UT2供應(yīng)到第二輸出線197。
[0104]第一補(bǔ)償單元160a可基于接收光RX中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，并且可向第一浮置擴(kuò)散區(qū)151供應(yīng)第二電荷。第二補(bǔ)償單元170a可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第三電荷的第四電荷，并且可向第二浮置擴(kuò)散區(qū)153供應(yīng)第四電荷。第四電荷可具有與第二電荷的極性相同的極性。
[0105]第一補(bǔ)償單元160a可包括第一環(huán)境光檢測區(qū)161、第一注入柵極163和第三重置晶體管169。第一環(huán)境光檢測區(qū)161可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷。第一注入柵極163可響應(yīng)于第一注入控制信號HIGCl導(dǎo)通/截止。當(dāng)?shù)谝蛔⑷霒艠O163導(dǎo)通時，從第一環(huán)境光檢測區(qū)161產(chǎn)生的第二電荷可注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151中。也就是說,第一環(huán)境光檢測區(qū)161可響應(yīng)于第一注入控制信號HIGCl電連接到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151。此時，第一環(huán)境光檢測區(qū)161和第一浮置擴(kuò)散區(qū)151可通過形成在半導(dǎo)體基板110上方的溝道直接彼此連接，或者可通過金屬布線間接彼此連接。第三重置晶體管169響應(yīng)于第三重置信號HRSTl釋放累積在第一環(huán)境光檢測區(qū)161中的電荷，以將第一環(huán)境光檢測區(qū)161初始化為地電壓VSS的電平。
[0106]第二補(bǔ)償單元170a可具有與第一補(bǔ)償單元160a的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)。第二補(bǔ)償單元170a可包括基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第四電荷的第二環(huán)境光檢測區(qū)171、響應(yīng)于第二注入控制信號HIGC2導(dǎo)通/截止的第二注入柵極173。當(dāng)?shù)诙⑷霒艠O173導(dǎo)通時，從第二環(huán)境光檢測區(qū)171產(chǎn)生的第四電荷可注入到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153中。第二補(bǔ)償單元170a可包括第四重置晶體管179，第四重置晶體管179響應(yīng)于第四重置信號HRST2釋放累積在第二環(huán)境光檢測區(qū)171中的電荷，以將第二環(huán)境光檢測區(qū)171初始化為地電壓VSS的電平。
[0107]補(bǔ)償單元160a和170a中包括的環(huán)境光檢測區(qū)161和171可形成在半導(dǎo)體基板110中，注入柵極163和173可形成在半導(dǎo)體基板110上方?？赏ㄟ^摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)來形成環(huán)境光檢測區(qū)161和171。例如，當(dāng)半導(dǎo)體基板110是P型半導(dǎo)體基板時,可通過摻雜P型雜質(zhì)形成環(huán)境光檢測區(qū)161和171。在這種情況下，第二電荷和第四電荷可以是電子-空穴對中的空穴。
[0108]在一個示例實施例中，第一環(huán)境光檢測區(qū)161的尺寸可小于第一光檢測區(qū)131的尺寸。因此，基于環(huán)境光分量產(chǎn)生的第二電荷的量可少于基于接收光RX產(chǎn)生的第一電荷的量。第一電荷中的一些可通過與第二電荷復(fù)合而消失，基于殘留的第一電荷產(chǎn)生第一輸出電壓V0UT1，使得可抑制由環(huán)境光分量造成的光檢測性能的劣化。以相同方式，第二環(huán)境光檢測區(qū)171的尺寸可小于第二光檢測區(qū)133的尺寸。
[0109]深度像素IOOa還可以包括溝道阻止區(qū)120。通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同、濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板110中的第一光檢測區(qū)131和第二光檢測區(qū)133之間形成溝道阻止區(qū)120。溝道阻止區(qū)120可阻擋電荷從第一光檢測區(qū)131發(fā)送到第二光檢測區(qū)133，和/或阻擋電荷從第二光檢測區(qū)133發(fā)送到第一光檢測區(qū)131。
[0110]同時，根據(jù)示例實施例的深度像素IOOa可被劃分成用于基于接收光RX產(chǎn)生/收集電子的主感測塊和用于基于環(huán)境光分量產(chǎn)生/收集空穴的補(bǔ)償塊。在這種情況下，主感測塊可包括光柵極121和123、光檢測區(qū)131和133、發(fā)送柵極141和143、浮置擴(kuò)散區(qū)151和153以及輸出單元180和190，并且補(bǔ)償塊可包括第一補(bǔ)償單元160a和第二補(bǔ)償單元170a。另外，根據(jù)示例實施例的深度像素IOOa可被劃分成兩個“半像素”。在這種情況下，第一半像素可包括光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單元160a和第一輸出單元180，第二半像素可包括第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170a和第二輸出單元190。
[0111]盡管圖4示出每個半像素包括一個輸出單元的單位像素并且單位像素包括一個主感測塊和一個補(bǔ)償塊，但根據(jù)示例實施例，多個半像素可共用全部或部分輸出單元并且多個主感測塊可共用全部或部分補(bǔ)償塊。
[0112]圖6A、圖6B和圖6C是用于描述圖4中示出的深度像素的補(bǔ)償單元中包括的環(huán)境光檢測區(qū)的結(jié)構(gòu)示例的示圖。圖6A和圖6B是示出第一環(huán)境光檢測區(qū)的示例的剖視圖。圖6C是示出根據(jù)第一環(huán)境光檢測區(qū)的深度的摻雜分布的示圖。
[0113]參照圖6A，通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同、濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板110中形成第一環(huán)境光檢測區(qū)161a。例如，半導(dǎo)體基板110可以是P型半導(dǎo)體基板，并且可通過摻雜濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的P型雜質(zhì)來形成第一環(huán)境光檢測區(qū)161a。
[0114]參照圖6B，通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同、濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板110中形成第二環(huán)境光檢測區(qū)161b。在這種情況下，摻雜濃度可在朝向接收光RX入射的半導(dǎo)體基板110的第一表面(即，覆蓋有柵極的半導(dǎo)體基板110的頂表面)的方向上逐漸增大。例如，半導(dǎo)體基板110可以是P型半導(dǎo)體基板，并且可通過摻雜濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的P型雜質(zhì)，并使得摻雜濃度在朝向半導(dǎo)體基板110的頂表面的方向上逐漸變高，來形成第二環(huán)境光檢測區(qū)161b。在這種情況下，第一環(huán)境光檢測區(qū)可具有如圖6C中所示的摻雜分布，在圖6C中，摻雜濃度在頂表面上最高，并且從頂表面開始與深度成比例地逐漸減小。
[0115]圖6A中不出的第一環(huán)境光檢測區(qū)161a和圖6B中不出的第二環(huán)境光檢測區(qū)161b可產(chǎn)生/收集電子-空穴對中的空穴。同時，盡管未示出，但第二補(bǔ)償單元中包括的第二環(huán)境光檢測區(qū)可具有與第一環(huán)境光檢測區(qū)的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)。
[0116]圖7A和圖7B是在描述圖4中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。圖7A示出第二電荷和第四電荷(B卩，空穴)在光收集時間段期間被產(chǎn)生和收集并且在讀出時間段期間被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。圖7B示出第二電荷和第四電荷(SP，空穴)在光收集時間段期間被產(chǎn)生和收集并且在光收集時間段期間被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。
[0117]參照圖4、圖5A、圖5B和圖7A，深度像素IOOa在光收集時間段TINT之前啟用第一重置信號RSTl和第二重置信號RST2以初始化浮置擴(kuò)散區(qū)151和153，并且啟用第三重置信號HRSTl和第四重置信號HRST2以初始化環(huán)境光檢測區(qū)161和171。
[0118]在光收集時間段TINT期間照射到對象上的發(fā)送光TX被對象反射并且作為接收光RX到達(dá)深度像素100a。接收光RX相對于發(fā)送光TX延遲TOF (飛行時間)。
[0119]具有周期性變化的強(qiáng)度的第一光控制信號PGCl和第二光控制信號PGC2在光收集時間段TINT期間具有相對于發(fā)送光TX的相位差。例如,如圖7A中所不,第一光控制信號PGCl可具有與發(fā)送光TX的相位相同的相位，第二光控制信號PGC2可具有與發(fā)送光TX的相位相反的相位(即，相位差可以是180° )。詳細(xì)地,第一光控制信號PGCl和第二光控制信號PGC2可在光收集時間段期間在第一邏輯電平和第二邏輯電平之間周期性切換，并且可在讀出時間段TRD期間具有第一邏輯電平。
[0120]與第一光控制信號PGCl的啟用持續(xù)時間對應(yīng)的光電荷Ql從第一光檢測區(qū)151產(chǎn)生并且被收集作為第一電荷，與第二光控制信號PGC2的啟用持續(xù)時間對應(yīng)的光電荷Q2從第二光檢測區(qū)153產(chǎn)生并且被收集作為第二電荷。另外，從第一環(huán)境光檢測區(qū)161基于接收光RX中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷，并且從第二環(huán)境光檢測區(qū)171產(chǎn)生第四電荷。
[0121]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用第一重置信號RSTl和第二重置信號RST2，使得浮置擴(kuò)散區(qū)151和153被初始化。在浮置擴(kuò)散區(qū)151和153被初始化后，啟用第一采樣控制信號SMPB,使得被初始化為電源電壓VDD的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓被檢測為第一噪聲電壓VBl，并且被初始化為電源電壓VDD的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為第二噪聲電壓VB2。在檢測到噪聲電壓VBl和VB2后，啟用第一發(fā)送控制信號TGCl和第二發(fā)送控制信號TGC2，使得第一電荷被發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151，并且第三電荷被發(fā)送到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153。同時，啟用第一注入控制信號HIGCl和第二注入控制信號HIGC2，使得第二電荷被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151中，并且第四電荷被注入到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153中。在電荷累積在/注入到浮置擴(kuò)散區(qū)151和153中后，啟用第二采樣控制信號SMPD，使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓被檢測為第一解調(diào)電壓VD1，并且與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為第二解調(diào)電壓VD2。
[0122]可基于檢測到的噪聲電壓VBl和VB2以及檢測到的解調(diào)電壓VDl和VD2確定有效電壓。詳細(xì)地，可基于第一噪聲電壓VBl和第一解調(diào)電壓VDl之差確定與第一光控制信號PGCl的相位對應(yīng)的第一有效電壓(Vl= I VBl-VDl I )，可基于第二噪聲電壓VB2和第二解調(diào)電壓VD2之差確定與第二光控制信號PGC2的相位對應(yīng)的第二有效電壓(V2=|VB2-VD2| )。例如，如果第一光控制信號PGCl和發(fā)送光TX之間的相位差是Pl并且第二光控制信號PGC2和發(fā)送光TX之間的相位差是P2，則可基于諸如(P1V1+P2V2)/(V1+V2)的加權(quán)平均值計算發(fā)送光TX的相位，使得可計算到對象的距離。
[0123]參照圖4、圖5A、圖5B和圖7B，深度像素IOOa在光收集時間段TINT之前啟用第一重置信號RSTl和第二重置信號RST2以初始化浮置擴(kuò)散區(qū)151和153，并且啟用第三重置信號HRSTl和第四重置信號HRST2以初始化環(huán)境光檢測區(qū)161和171。在浮置擴(kuò)散區(qū)151和153被初始化后，啟用第一采樣信號SMPB，使得被初始化為電源電壓VDD的浮置擴(kuò)散區(qū)151和153的電壓被檢測為第一噪聲電壓VBl和第二噪聲電壓VB2。
[0124]與第一光控制信號PGCl和第二光控制信號PGC2的啟用持續(xù)時間對應(yīng)的光電荷Ql和Q2從第一光檢測區(qū)151和第二光檢測區(qū)153產(chǎn)生，并且在光收集時間段TINT期間通過到達(dá)深度像素IOOa的接收光RX被收集作為第一電荷和第三電荷。另外，從第一環(huán)境光檢測區(qū)161和第二環(huán)境光檢測區(qū)171基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷和第四電荷。
[0125]另外，在光收集時間段TINT期間，啟用第一注入控制信號HIGCl和第二注入控制信號HIGC2，使得第二電荷和第四電荷被分別注入到第一光檢測區(qū)131和第二光檢測區(qū)133中。盡管圖7A示出注入控制信號HIGCl和HIGC2在光收集時間段TINT期間被啟用一次，但根據(jù)示例實施例，注入控制信號HIGCl和HIGC2可在光收集時間段TINT期間被啟用多次。在這種情況下，第二電荷和第四電荷可多次被注入到第一光檢測區(qū)131和第二光檢測區(qū)133中。
[0126]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用第一發(fā)送控制信號TGCl和第二發(fā)送控制信號TGC2，使得第一電荷和第三電荷被分別發(fā)送到浮置擴(kuò)散區(qū)151和153。在電荷累積在浮置擴(kuò)散區(qū)151和153中后， 啟用第二采樣控制信號SMPB，使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓被檢測為第一解調(diào)電壓VD1，并且與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為第二解調(diào)電壓VD2?？苫跈z測到的噪聲電壓VBl和VB2和檢測到的解調(diào)電壓VDl和VD2確定有效電壓。
[0127]圖8是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。圖9是沿著圖8的Ι-1'線截取的剖視圖，并且代表圖8中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0128]參照圖8和圖9，深度像素IOOb包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第一補(bǔ)償單元160a。深度像素IOOb還可包括輸出單元180。另外，深度像素IOOb還可包括第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170b、第二輸出單元190和溝道阻止區(qū)120。
[0129]除了補(bǔ)償單元160b和170b的構(gòu)造之外，圖8的深度像素IOOb可與圖4的深度像素IOOa基本上相同。也就是說，圖8中示出的深度像素IOOb的主感測塊可具有與圖4中示出的深度像素IOOa的主感測塊的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。
[0130]第一補(bǔ)償單兀160b可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，并且可向第一浮置擴(kuò)散區(qū)151供應(yīng)第二電荷。第二補(bǔ)償單兀170b可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第三電荷的第四電荷，并且可向第二浮置擴(kuò)散區(qū)153供應(yīng)第四電荷。
[0131]第一補(bǔ)償單元160b可包括第一環(huán)境光檢測區(qū)162、第一注入柵極164、第三發(fā)送柵極165、第一存儲區(qū)167和第三重置晶體管168。第一環(huán)境光檢測區(qū)162可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷。第三發(fā)送柵極165可響應(yīng)于第三發(fā)送控制信號HTGCl導(dǎo)通/截止。在第三發(fā)送柵極165導(dǎo)通時,第一存儲區(qū)167可存儲從第一環(huán)境光檢測區(qū)162產(chǎn)生的第二電荷。也就是說，第一環(huán)境光檢測區(qū)162可響應(yīng)于第三發(fā)送控制信號HTGCl電連接到第一存儲區(qū)167。此時,第一環(huán)境光檢測區(qū)162和第一存儲區(qū)167可通過形成在半導(dǎo)體基板110上方的溝道彼此連接。第一注入柵極164可響應(yīng)于第一注入控制信號HIGCl導(dǎo)通/截止。當(dāng)在第三發(fā)送柵極165導(dǎo)通后第一注入柵極164導(dǎo)通時，第一存儲區(qū)167中存儲的電荷可注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151中。也就是說，第一存儲區(qū)167可響應(yīng)于第一注入控制信號HIGCl電連接到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151。此時，第一存儲區(qū)162和第一浮置擴(kuò)散區(qū)151可通過形成在半導(dǎo)體基板110上方的溝道直接彼此連接，或者可通過金屬布線間接彼此連接。第三重置晶體管168響應(yīng)于第三重置信號HRSTl釋放累積在存儲區(qū)167中的電荷，以將第一存儲區(qū)167初始化為地電壓VSS的電平。
[0132]第二補(bǔ)償單元170b可具有與第一補(bǔ)償單元160b的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)。第二補(bǔ)償單元170b可包括基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第四電荷的第二環(huán)境光檢測區(qū)172、響應(yīng)于第四發(fā)送控制信號HTGC2導(dǎo)通/截止的第四注入柵極175、用于當(dāng)?shù)谒陌l(fā)送柵極175導(dǎo)通時存儲從第二環(huán)境光檢測區(qū)172產(chǎn)生的第四電荷的第二存儲區(qū)177、和響應(yīng)于第二注入控制信號HIGC2導(dǎo)通/截止的第二注入柵極174。當(dāng)在第四發(fā)送柵極175導(dǎo)通后第二注入柵極174導(dǎo)通時，存儲在第二存儲區(qū)177中的第四電荷可注入到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153中。第二補(bǔ)償單元170b可包括第四重置晶體管178，第四重置晶體管178響應(yīng)于第四重置信號HRST2釋放累積在第二存儲區(qū)177中的電荷，以將第二存儲區(qū)177初始化為地電壓VSS的電平。
[0133]補(bǔ)償單元160b和170b中包括的環(huán)境光檢測區(qū)162和172以及存儲區(qū)167和177可形成在半導(dǎo)體基板Iio中，發(fā)送柵極165和175以及注入柵極164和174可形成在半導(dǎo)體基板110上方。可通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)(例如，P型雜質(zhì))來形成環(huán)境光檢測區(qū)162和172以及存儲區(qū)167和177。在一個示例實施例中，環(huán)境光檢測區(qū)162和172的尺寸可小于光檢測區(qū)131和133的尺寸。
[0134]圖1OA和圖1OB是用于描述圖8中示出的深度像素的補(bǔ)償單元中包括的環(huán)境光檢測區(qū)的結(jié)構(gòu)示例的視圖。圖1OA和圖1OB是示出圖8中示出的第一環(huán)境光檢測區(qū)的示例的首1J視圖。
[0135]參照圖10A，第一環(huán)境光檢測區(qū)162a可被實現(xiàn)為光電二極管。環(huán)境光檢測區(qū)162a可包括第一雜質(zhì)區(qū)DPRl和第二雜質(zhì)區(qū)DPR2?？赏ㄟ^摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相同、濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的第一雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板110中形成第一雜質(zhì)區(qū)DPR1。通過摻雜導(dǎo)電類型與第一雜質(zhì)的導(dǎo)電類型不同的第二雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板110中的第一雜質(zhì)區(qū)DPRl下方形成第二雜質(zhì)區(qū)DPR2。例如，第一雜質(zhì)可以是P型雜質(zhì)并且第二雜質(zhì)可以是η型雜質(zhì)。半導(dǎo)體基板110可以是P型半導(dǎo)體基板，第一雜質(zhì)區(qū)DPRl可被摻雜濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的P型雜質(zhì)，第二雜質(zhì)區(qū)DPR2可被摻雜η型雜質(zhì)。
[0136]參照圖10Β，第一環(huán)境光檢測區(qū)162b可被實現(xiàn)為釘扎光電二極管。環(huán)境光檢測區(qū)162b可包括第一雜質(zhì)區(qū)DPR1、第二雜質(zhì)區(qū)DPR2和第三雜質(zhì)區(qū)DPR3。第一雜質(zhì)區(qū)DPRl和第二雜質(zhì)區(qū)DPR2與圖1OA的第一雜質(zhì)區(qū)DPRl和第二雜質(zhì)區(qū)DPR2基本上相同。通過摻雜第二雜質(zhì)，在半導(dǎo)體基板110中的第一雜質(zhì)區(qū)DPRl上方形成第三雜質(zhì)區(qū)DPR3。例如，半導(dǎo)體基板110可以是P型半導(dǎo)體基板，第一雜質(zhì)區(qū)DPRl可被摻雜濃度比半導(dǎo)體基板110中的雜質(zhì)濃度高的P型雜質(zhì)，第二雜質(zhì)區(qū)DPR2和第三雜質(zhì)區(qū)DPR3可被摻雜η型雜質(zhì)。
[0137]圖1OA中示出的第一環(huán)境光檢測區(qū)162a和圖1OB中示出的第一環(huán)境光檢測區(qū)162b可產(chǎn)生/收集電子-空穴對中的空穴。同時，盡管在圖中未示出，但包括在第二補(bǔ)償單元中的第二環(huán)境光檢測區(qū)可具有與第一環(huán)境光檢測區(qū)的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)。
[0138]圖1lA和圖1lB是在說明圖8中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。圖1lA示出第二電荷和第四電荷(B卩，空穴)在光收集時間段期間被產(chǎn)生并且被收集，并且在讀出時間段期間被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。圖1lB示出第二電荷和第四電荷(即，空穴)在光收集時間段期間被產(chǎn)生并且被收集，并且在光收集時間段期間被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。
[0139]參照圖8、圖9和圖11A，深度像素IOOb在光收集時間段TINT之前啟用重置信號RST1、RST2、HRST1和HRST2,以初始化浮置擴(kuò)散區(qū)151和153和存儲區(qū)167和177。
[0140]在光收集時間段TINT期間檢測區(qū)，通過到達(dá)深度像素IOOb的接收光RX，分別從光檢測區(qū)131和133產(chǎn)生第一電荷和第三電荷。另外，從環(huán)境光檢測區(qū)162和172基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷和第四電荷。
[0141]另外，在光收集時間段TINT期間啟用第三發(fā)送控制信號HTGCl和第四發(fā)送控制信號HTGC2，使得第三電荷和第四電荷被分別存儲在存儲區(qū)167和177中。盡管圖1lA示出第三發(fā)送控制信號HTGCl和第四發(fā)送控制信號HTGC2在光收集時間段TINT期間保持啟用狀態(tài)，但根據(jù)示例實施例，第三發(fā)送控制信號HTGCl和第四發(fā)送控制信號HTGC2可只在光收集時間段TINT的部分持續(xù)時間內(nèi)保持啟用狀態(tài)。
[0142]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用第一重置信號RSTl和第二重置信號RST2，使得浮置擴(kuò)散區(qū)151和153被初始化。然后，啟用第一采樣控制信號SMPB，使得被初始化為電源電壓VDD的浮置擴(kuò)散區(qū)151和153的電壓被檢測為噪聲電壓VBl和VB2。然后，啟用第一發(fā)送控制信號TGCl和第二發(fā)送控制信號TGC2，使得第一電荷和第三電荷分別被發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第三浮置擴(kuò)散區(qū)153。同時，啟用第一注入控制信號HIGCl和第二注入控制信號HIGC2，使得第二電荷和第四電荷被分別注入到浮置擴(kuò)散區(qū)151和153中。然后，啟用第二米樣控制信號SMPD,使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓和與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被分別檢測為解調(diào)電壓VDl和VD2?？苫跈z測到的電壓VB1、VB2、VDl和VD2確定有效電壓。
[0143]參照圖8、圖9和圖11B，深度像素IOOb在光收集時間段TINT之前啟用重置信號RST1、RST2、HRST1和HRST2以初始化浮置擴(kuò)散區(qū)151和153和存儲區(qū)167和177，并且啟用第一米樣信號SMPB,使得被初始化為電源電壓VDD的浮置擴(kuò)散區(qū)151和153的電壓被分別檢測為噪聲電壓VBl和VB2。
[0144]在光收集時間段TINT期間分別從光檢測區(qū)131和133通過到達(dá)深度像素IOOb的接收光RX來產(chǎn)生第一電荷和第三電荷。另外，從環(huán)境光檢測區(qū)162和172基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷和第四電荷。
[0145]另外，在光收集時間段TINT的部分持續(xù)時間期間，啟用第三發(fā)送控制信號HTGCl和第四發(fā)送控制信號HTGC2，使得第二電荷和第四電荷被分別存儲在存儲區(qū)167和177中。在啟用第三發(fā)送控制信號HTGCl和第四發(fā)送控制信號HTGC2后，啟用注入控制信號HIGCl和HIGC2，使得第二電荷和第四電荷被分別注入到浮置擴(kuò)散區(qū)151和153中。[0146]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用第一發(fā)送控制信號TGCl和第二發(fā)送控制信號TGC2，使得第一電荷和第三電荷分別被發(fā)送到浮置擴(kuò)散區(qū)151和153。然后，啟用第二采樣控制信號SMPB,使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓被檢測為第一解調(diào)電壓VD1，并且與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為第二解調(diào)電壓VD2。可基于檢測到的電壓VB1、VB2、VD1和VD2確定有效電壓。
[0147]圖12是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。圖13是沿著圖12的Ι-I'線截取的剖視圖并且代表圖12中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0148]參照圖12和圖13，深度像素IOOc包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一橋擴(kuò)散區(qū)135、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單兀160a、第一輸出單兀180、第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二橋擴(kuò)散區(qū)137、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170a和第二輸出單元190。深度像素IOOc還可包括溝道阻止區(qū)120。
[0149]圖12的深度像素IOOc可與圖4的深度像素IOOa基本上相同，除了深度像素IOOc還包括用作暫時存儲區(qū)的橋擴(kuò)散區(qū)135和137之外。圖12的深度像素IOOc可以以與圖7A或圖7B的示例實施例類似的方式操作，除了第一電荷和第三電荷被暫時分別存儲在橋擴(kuò)散區(qū)135和137中，而非光檢測區(qū)131和133中之外。 [0150]第一橋擴(kuò)散區(qū)135可與第一光檢測區(qū)131相鄰地形成。第一光柵極121可形成在第一光檢測區(qū)131上方，以響應(yīng)于第一光控制信號PGCl將從第一光檢測區(qū)131產(chǎn)生的第一電荷存儲在第一橋擴(kuò)散區(qū)135中。第一橋擴(kuò)散區(qū)135響應(yīng)于施加到第一發(fā)送柵極141的第一發(fā)送控制信號TGCl電連接到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151，使得第一電荷可從第一橋擴(kuò)散區(qū)135發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151。
[0151]第二橋擴(kuò)散區(qū)137可與第二光檢測區(qū)133相鄰地形成。第二光柵極123可形成在第二光檢測區(qū)133上方，以響應(yīng)于第二光控制信號PGC2將從第二光檢測區(qū)133產(chǎn)生的第三電荷存儲在第二橋擴(kuò)散區(qū)137中。第二橋擴(kuò)散區(qū)137響應(yīng)于施加到第二發(fā)送柵極143的第二發(fā)送控制信號TGC2電連接到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153，使得第三電荷可從第二橋擴(kuò)散區(qū)137發(fā)送到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153。
[0152]橋擴(kuò)散區(qū)135和137可形成在半導(dǎo)體基板110中。類似于光檢測區(qū)131和133和浮置擴(kuò)散區(qū)151和153，可通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，形成橋擴(kuò)散區(qū)135和137。
[0153]圖14是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0154]參照圖14，深度像素IOOd包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一橋擴(kuò)散區(qū)135、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單元160b、第一輸出單元180、第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二橋擴(kuò)散區(qū)137、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170b和第二輸出單元190。深度像素IOOd還可包括溝道阻止區(qū)120。
[0155]圖14的深度像素IOOd可與圖8的深度像素IOOb基本上相同，除了深度像素IOOd還包括用作暫時存儲區(qū)的橋擴(kuò)散區(qū)135和137之外。圖14的深度像素IOOd可以以與圖1lA或圖1lB的示例實施例類似的方式操作，除了第一電荷和第三電荷被暫時分別存儲在橋擴(kuò)散區(qū)135和137中，而非光檢測區(qū)131和133中之外。橋擴(kuò)散區(qū)135和137可具有與圖12中示出的橋擴(kuò)散區(qū)135和137的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。[0156]圖15是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。圖16是沿著圖15的Ι-I'線截取的剖視圖并且代表圖15中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0157]參照圖15和圖16,深度像素IOOe包括第一光柵極125、第一光檢測區(qū)131、第一存儲區(qū)145、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單元160a、第一輸出單元180、第二光柵極127、第二光檢測區(qū)133、第二存儲區(qū)147、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170a和第二輸出單元190。深度像素IOOe還可包括溝道阻止區(qū)120。
[0158]圖15的深度像素IOOe可與圖4的深度像素IOOa基本上相同，除了光柵極125和127的構(gòu)造變化并且深度像素IOOe還包括用作暫時存儲區(qū)的存儲區(qū)145和147之外。圖15的深度像素IOOe可以以與圖7A或圖7B的示例實施例類似的方式操作，除了第一電荷和第三電荷被暫時分別存儲在存儲區(qū)145和147中，而非光檢測區(qū)131和133中之外。
[0159]第一存儲區(qū)145可與第一光檢測區(qū)131分隔開。第一光柵極125可形成在第一光檢測區(qū)131和第一存儲區(qū)145之間的半導(dǎo)體基板110上方，以響應(yīng)于第一光控制信號PGCl將從第一光檢測區(qū)131產(chǎn)生的第一電荷存儲在第一存儲區(qū)145中。也就是說，與施加到第一光柵極125的第一光控制信號PGCl的相位對應(yīng)的光電荷可被收集作為第一電荷并且被存儲在第一存儲區(qū)145中。第一存儲區(qū)145響應(yīng)于施加到第一發(fā)送柵極141的第一發(fā)送控制信號TGCl電連接到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151,使得第一電荷可從第一存儲區(qū)145發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151。
[0160]第二存儲區(qū)147可與第二光檢測區(qū)133分隔開。第二光柵極127可形成在第二光檢測區(qū)133和第二存儲 區(qū)147之間的半導(dǎo)體基板110上方，以響應(yīng)于第二光控制信號PGC2將從第二光檢測區(qū)133產(chǎn)生的第三電荷存儲在第二存儲區(qū)147中。第二存儲區(qū)147響應(yīng)于施加到第二發(fā)送柵極143的第二發(fā)送控制信號TGC2電連接到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153，使得第三電荷可從第二存儲區(qū)147發(fā)送到第二浮置擴(kuò)散區(qū)153。
[0161]存儲區(qū)145和147可形成在半導(dǎo)體基板110中。類似于光檢測區(qū)131和133以及浮置擴(kuò)散區(qū)151和153，可通過摻雜導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板110的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，形成存儲區(qū)145和147。
[0162]圖17是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0163]參照圖17，深度像素IOOf包括第一光柵極125、第一光檢測區(qū)131、第一存儲區(qū)145、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單元160b、第一輸出單元180、第二光柵極127、第二光檢測區(qū)133、第二存儲區(qū)147、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170b和第二輸出單元190。深度像素IOOf還可包括溝道阻止區(qū)120。
[0164]圖17的深度像素IOOf可與圖8的深度像素IOOb基本上相同，除了光柵極125和127的構(gòu)造變化并且深度像素IOOf還包括用作暫時存儲區(qū)的存儲區(qū)145和147之外。圖17的深度像素IOOf可以以與圖1lA或圖1lB的示例實施例類似的方式操作，除了第一電荷和第三電荷被暫時分別存儲在存儲區(qū)145和147中，而非光檢測區(qū)131和133中之外。光柵極125和127以及存儲區(qū)145和147可具有與圖15中示出的光柵極125和127以及存儲區(qū)145和147的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。
[0165]圖18是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。圖19是沿著圖18的Ι-I'線截取的剖視圖并且代表圖18中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0166]參照圖18和圖19,深度像素100g包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一橋擴(kuò)散區(qū)135、第一存儲柵極155、第一存儲區(qū)145、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單元160a、第一輸出單元180、第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二橋擴(kuò)散區(qū)137、第二存儲柵極157、第二存儲區(qū)147、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170a和第二輸出單元190。深度像素IOOg還可包括溝道阻止區(qū)120。
[0167]圖18的深度像素IOOg可與圖4的深度像素IOOa基本上相同，除了深度像素IOOg還包括用作暫時存儲區(qū)的橋擴(kuò)散區(qū)135和137和存儲區(qū)145和147以及存儲柵極155和157之外。
[0168]第一橋擴(kuò)散區(qū)135和第二橋擴(kuò)散區(qū)137可分別與第一光檢測區(qū)131和第二光檢測區(qū)133相鄰地形成。第一存儲區(qū)145和第二存儲區(qū)147可分別與第一橋擴(kuò)散區(qū)135和第二橋擴(kuò)散區(qū)137分隔開。第一光柵極121和第二光柵極123可分別形成在第一光檢測區(qū)131和第二光檢測區(qū)133上方，以分別響應(yīng)于第一光控制信號PGCl和第二光控制信號PGC2將從第一光檢測區(qū)131和第二光檢測區(qū)133產(chǎn)生的第一電荷和第三電荷分別存儲在第一橋擴(kuò)散區(qū)135和第二橋擴(kuò)散區(qū)137中。
[0169]第一存儲柵極155和第二存儲柵極157可分別形成在第一橋擴(kuò)散區(qū)135與第一存儲區(qū)145和第二橋擴(kuò)散區(qū)137與第二存儲區(qū)147之間的半導(dǎo)體基板110上方。第一橋擴(kuò)散區(qū)135和第二橋擴(kuò)散區(qū)137分別響應(yīng)于施加到第一存儲柵極155的第一存儲控制信號SGCl和施加到第二存儲柵極157的第二存儲控制信號SGC2電連接到第一存儲區(qū)145和第二存儲區(qū)147，使得第一電荷和第三電荷可分別從第一橋擴(kuò)散區(qū)135和第二橋擴(kuò)散區(qū)137發(fā)送到第一存儲區(qū)145和第二存儲區(qū)147。
[0170]第一發(fā)送柵極141和第二發(fā)送柵極143可分別形成在第一存儲區(qū)145與第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二存儲區(qū)147與第二浮置擴(kuò)散區(qū)153之間的半導(dǎo)體基板110上方。第一存儲區(qū)145和第二存儲區(qū)147分別響應(yīng)于施加到第一發(fā)送柵極141的第一發(fā)送控制信號TGCl和施加到第二發(fā)送柵極143的第二發(fā)送控制信號TGC電連接到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153，使得第一電荷和第三電荷可分別從第一存儲區(qū)145和第二存儲區(qū)147發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153。
[0171]圖20A和圖20B是在描述圖18中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。圖20A示出第二電荷和第四電荷(S卩，空穴)在讀出時間段期間注入浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例，圖20B示出第二電荷和第四電荷(S卩，空穴)在光收集時間段期間注入浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。
[0172]參照圖18、圖19和圖20A，在光收集時間段TINT之前和在光收集時間段TINT期間的深度像素IOOg的操作可與圖7A中示出的示例實施例的操作基本上相同。
[0173]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用第一重置信號RSTl和第二重置信號RST2，使得浮置擴(kuò)散區(qū)151和153被初始化。然后，啟用存儲控制信號SGCl和SGC2，使得第一電荷和第三電荷分別被發(fā)送到存儲區(qū)145和147。此后，啟用第一采樣控制信號SMPB，使得被初始化為電源電壓VDD的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為噪聲電壓VBl和VB2。然后，啟用發(fā)送控制信號TGCl和TGC2，使得第一電荷和第三電荷被分別發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153。同時，啟用注入控制信號HIGCl和HIGC2，使得第二電荷和第四電荷被分別注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153中。然后，啟用第二采樣控制信號SMPD，使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓和與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為解調(diào)電壓VDl和VD2。可基于檢測到的電壓VB1、VB2、VDl和VD2確定有效電壓。
[0174]參照圖18、圖19和圖20B，在光收集時間段TINT之前和在光收集時間段TINT期間的深度像素100g的操作可與圖7B中示出的示例實施例的操作基本上相同。
[0175]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用存儲控制信號SGCl和SGC2，使得第一電荷和第三電荷被分別發(fā)送到第一存儲區(qū)145和第二存儲區(qū)147。然后，啟用發(fā)送控制信號TGCl和TGC2，使得第一電荷和第三電荷被分別發(fā)送到第一浮置擴(kuò)散區(qū)151和第二浮置擴(kuò)散區(qū)153。另外，啟用第二采樣控制信號SMPD，使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)151的電壓和與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的第二浮置擴(kuò)散區(qū)153的電壓被檢測為解調(diào)電壓VDl和VD2?？苫跈z測到的電壓VB1、VB2、VDl和VD2確定有效電壓。
[0176]圖21是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0177]參照圖21，深度像素IOOh包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一橋擴(kuò)散區(qū)135、第一存儲柵極155、第一存儲區(qū)145、第一發(fā)送柵極141、第一浮置擴(kuò)散區(qū)151、第一補(bǔ)償單元160b、第一輸出單元180、第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二橋擴(kuò)散區(qū)137、第二存儲柵極157、第二存儲區(qū)147、第二發(fā)送柵極143、第二浮置擴(kuò)散區(qū)153、第二補(bǔ)償單元170b和第二輸出單元190。深度像素IOOh還可包括溝道阻止區(qū)120。
[0178]圖21的深度像素IOOh可與圖8的深度像素IOOb基本上相同，除了深度像素IOOh還包括用作暫時存儲區(qū)的橋擴(kuò)散區(qū)135和137和存儲區(qū)145和147以及存儲柵極155和157之外。橋擴(kuò)散區(qū)135和137、存儲區(qū)145和147以及存儲柵極155和157可具有與圖18中示出的橋擴(kuò)散區(qū)135和137、存儲區(qū)145和147以及存儲柵極155和157的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。
[0179]圖22A和圖22B是在描述圖21中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。圖22A示出第二電荷和第四電荷(即，空穴)在讀出時間段期間注入浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例，圖22B示出第二電荷和第四電荷(即，空穴)在光收集時間段期間注入浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。
[0180]參照圖21和圖22A，深度像素IOOh可以以與圖1lA中示出的實施例類似的方式操作。然而，本示例實施例還可包括在讀出時間段TRD期間啟用存儲控制信號SGCl和SGC2以將第一電荷和第三電荷分別發(fā)送到存儲區(qū)145和147的步驟。這個步驟可在啟用第一重置信號RSTl和第二重置信號RST2的步驟之后和啟用第一采樣控制信號SMPB的步驟之后執(zhí)行。
[0181 ] 參照圖21和圖22B，深度像素IOOh可以以與圖1IB中示出的實施例類似的方式操作。然而，本示例實施例還可包括在讀出時間段TRD期間啟用存儲控制信號SGCl和SGC2以將第一電荷和第三電荷分別發(fā)送到存儲區(qū)145和147的步驟。這個步驟可在啟用第一發(fā)送信號TGCl和第二發(fā)送信號TGC2的步驟之前執(zhí)行。
[0182]圖23是示出 根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。圖24是沿著圖23的Ι-I'線截取的剖視圖并且代表圖23中示出的深度像素的垂直結(jié)構(gòu)。
[0183]參照圖23和圖24，深度像素IOOi可包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一發(fā)送柵極141、公共浮置擴(kuò)散區(qū)152、第一補(bǔ)償單兀160a、公共輸出單兀186、第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二發(fā)送柵極143和第二補(bǔ)償單元170a。[0184]圖23的深度像素IOOi包括一個公共浮置擴(kuò)散區(qū)152和一個公共輸出單元186，以順序地檢測噪聲電壓VBl和VB2和解調(diào)電壓VDl和VD2。公共浮置擴(kuò)散區(qū)152和公共輸出單元186被兩個半像素共用。第一半像素可包括光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一發(fā)送柵極141和第一補(bǔ)償單元160a，第二半像素可包括第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二發(fā)送柵極143和第二補(bǔ)償單元170a。光柵極121和123、光檢測區(qū)131和133、發(fā)送柵極141和143和補(bǔ)償單元160a和170a可具有與圖4中示出的光柵極121和123、光檢測區(qū)131和133、發(fā)送柵極141和143以及補(bǔ)償單元160a和170a的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。
[0185]當(dāng)光柵極121和123響應(yīng)于光控制信號PGCl和PGC2導(dǎo)通時，光檢測區(qū)131和133可基于接收光RX分別產(chǎn)生第一電荷和第三電荷。環(huán)境光檢測區(qū)161和171可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷和第四電荷。當(dāng)發(fā)送柵極141和143響應(yīng)于發(fā)送控制信號TGCl和TGC2導(dǎo)通時，第一電荷和第三電荷可累積在公共浮置擴(kuò)散區(qū)152中。當(dāng)注入柵極163和173響應(yīng)于注入控制信號HIGCl和HIGC2導(dǎo)通時，第二電荷和第四電荷可被注入到公共浮置擴(kuò)散區(qū)152中。由于深度像素IOOg包括一個公共浮置擴(kuò)散區(qū)152，因此發(fā)送控制信號TGCl和TGC2以及注入控制信號HIGCl和HIGC2可以以相互不同的時序啟用。
[0186]公共輸出單兀186可產(chǎn)生與累積在公共浮置擴(kuò)散區(qū)152中的電荷對應(yīng)的電信號。公共輸出單元186可包括重置晶體管187、驅(qū)動晶體管188和選擇晶體管189。重置晶體管187響應(yīng)于重置信號RST釋放累積在公共浮置擴(kuò)散區(qū)152中的電荷，以將公共浮置擴(kuò)散區(qū)152初始化為電源VDD的電平。驅(qū)動晶體管188可放大公共浮置擴(kuò)散區(qū)152的電壓。選擇晶體管189可響應(yīng)于選擇信號SELl將被驅(qū)動晶體管188放大的電壓作為輸出電壓CVOUT供應(yīng)到輸出線196。
[0187]圖25是在描述圖23中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。圖25示出第二電荷和第四電荷(即，空穴)在讀出時間段期間被注入到公共浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。
[0188]參照圖23、圖24和圖25，在光收集時間段TINT之前和在光收集時間段TINT期間的深度像素IOOi的操作可與圖7A中示出的示例實施例的操作基本上相同。
[0189]當(dāng)讀出時間段TRD開始時，啟用重置信號RST，使得公共浮置擴(kuò)散區(qū)152被初始化。然后，啟用第一采樣控制信號SMPB，使得被初始化為電源電壓VDD的公共浮置擴(kuò)散區(qū)152的電壓被檢測為第一噪聲電壓VBl。另外，啟用第一發(fā)送控制信號TGCl，使得第一電荷被發(fā)送到公共浮置擴(kuò)散區(qū)152。同時，啟用第一注入控制信號HIGC1，使得第二電荷被注入到公共浮置擴(kuò)散區(qū)152。然后，啟用第二采樣控制信號SMPD，使得與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的公共浮置擴(kuò)散區(qū)152的電壓被檢測為第一解調(diào)電壓VDl。此后，再次啟用重置信號RST以初始化公共浮置擴(kuò)散區(qū)152，并且再次啟用第一采樣控制信號SMPD，使得被初始化為電源電壓VDD的公共浮置擴(kuò)散區(qū)152的電壓被檢測為第二噪聲電壓VB2。然后，啟用第二發(fā)送控制信號TGC2，使得第三電荷被發(fā)送到公共浮置擴(kuò)散區(qū)152。同時，啟用第二注入控制信號HIGC2，使得第四電荷被注入到公共浮置擴(kuò)散區(qū)152。然后，再次啟用第二采樣控制信號SMPD，使得與第三電荷和第四電荷的總和對應(yīng)的公共浮置擴(kuò)散區(qū)152的電壓被檢測為第二解調(diào)電壓VD2。可基于檢測到的電壓VB1、VB2、VD1和VD2確定有效電壓。
[0190]圖26是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0191]參照圖26，深度像素IOOj可包括第一光柵極121、第一光檢測區(qū)131、第一發(fā)送柵極141、公共浮置擴(kuò)散區(qū)152、第一補(bǔ)償單元160b、公共輸出單元186、第二光柵極123、第二光檢測區(qū)133、第二發(fā)送柵極143和第二補(bǔ)償單元170b。
[0192]圖26的深度像素IOOj可與圖23的深度像素IOOi基本上相同，除了補(bǔ)償單元160b和170b的配置之外。補(bǔ)償單元160b和170b的構(gòu)造可與圖8中示出的補(bǔ)償單元160b和170b的構(gòu)造基本上相同。
[0193]圖27是在描述圖26中示出的深度像素的操作示例的過程中參考的時序圖。圖27示出第二電荷和第四電荷(即，空穴)在讀出時間段期間注入公共浮置擴(kuò)散區(qū)中的示例實施例。
[0194]參照圖27，在光收集時間段TINT之前和在光收集時間段TINT期間的深度像素IOOj的操作可與圖1lA中示出的示例實施例的操作基本上相同，在讀出時間段TRD期間的深度像素IOOj的操作可與圖25中示出的示例實施例的操作基本上相同。
[0195]同時，盡管未示出，但包括一個公共浮置擴(kuò)散區(qū)152和一個公共輸出單元186的圖23和圖26的深度像素IOOi和IOOj還可包括以上參照圖12、圖14、圖15、圖17、圖18和圖21描述的橋擴(kuò)散區(qū)135和137以及存儲區(qū)145和147 (S卩，暫時存儲區(qū))中的至少一個。
[0196]圖28和圖29是示出根據(jù)另一個示例實施例的圖1中示出的深度像素的平面圖。
[0197]參照圖28，深度像素200a包括形成在半導(dǎo)體基板210的內(nèi)部或上方的第一光柵極221、第一光檢測區(qū)231、第一發(fā)送柵極241、第一浮置擴(kuò)散區(qū)251、第一補(bǔ)償單兀260a、第一輸出單元280、第二光柵極223、第二光檢測區(qū)233、第二發(fā)送柵極243、第二浮置擴(kuò)散區(qū)253、第二補(bǔ)償單元270a和第二輸出單元290。深度像素200a還可包括溝道阻止區(qū)220。
[0198]圖28的深度像素200a可具有與圖4的深度像素IOOa的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。詳細(xì)地，包括光柵極221和223、光檢測區(qū)231和233、發(fā)送柵極241和243、浮置擴(kuò)散區(qū)251和253以及輸出單元280和290的主感測塊可具有與圖5A中示出的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造，包括補(bǔ)償單元260a和270a的補(bǔ)償塊可具有與圖5B中示出的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。輸出單元280和290可分別包括重置晶體管281和291、驅(qū)動晶體管283和293以及選擇晶體管285和295，補(bǔ)償單元260a和270a可分別包括環(huán)境光檢測區(qū)261和271、注入柵極263和273和重置晶體管269和279。
[0199]就圖28中示出的深度像素200a而言，主感測塊可基于接收光RX產(chǎn)生/收集空穴并且補(bǔ)償塊可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生/收集空穴。在這種情況下，半導(dǎo)體基板210可以是P型半導(dǎo)體基板，可通過摻雜濃度比半導(dǎo)體基板210中的雜質(zhì)濃度高的P型雜質(zhì)形成光檢測區(qū)231和233和浮置擴(kuò)散區(qū)251和253，使得光檢測區(qū)231和233可產(chǎn)生/收集電子-空穴對中的空穴。另外，通過摻雜濃度比半導(dǎo)體基板210中的雜質(zhì)濃度高或者濃度在朝向半導(dǎo)體基板110的頂表面的方向上逐漸增大的η型雜質(zhì)，形成環(huán)境光檢測區(qū)261和271，使得環(huán)境光檢測區(qū)261和271可產(chǎn)生/收集電子-空穴對中的空穴。
[0200]參照圖29，深度像素200b包括第一光柵極221、第一光檢測區(qū)231、第一發(fā)送柵極241、第一浮置擴(kuò)散區(qū)251、第一補(bǔ)償單兀260b、第一輸出單兀280、第二光柵極223、第二光檢測區(qū)233、第二發(fā)送柵極243、第二浮置擴(kuò)散區(qū)253、第二補(bǔ)償單元270b和第二輸出單元290。深度像素200b還可包括溝道阻止區(qū)220。
[0201 ] 圖29的深度像素200b可與圖28的深度像素200a基本上相同，除了補(bǔ)償單元260b和270b的構(gòu)造之外。也就是說，圖29中示出的深度像素200b的主感測塊可具有與圖28中示出的深度像素200a的主感測塊的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。
[0202]包括補(bǔ)償單元260b和270b的補(bǔ)償塊可具有與圖9中示出的構(gòu)造基本上相同的構(gòu)造。補(bǔ)償單元260b和270b可分別包括環(huán)境光檢測區(qū)262和272、注入柵極264和274、發(fā)送柵極265和275、存儲區(qū)267和277以及重置晶體管268和278。環(huán)境光檢測區(qū)262和272以及存儲區(qū)267和277可被摻雜與摻雜在半導(dǎo)體基板210中的雜質(zhì)具有相同類型的η型雜質(zhì)。環(huán)境光檢測區(qū)262和272可被實現(xiàn)為用于產(chǎn)生/收集電子-空穴對中的空穴的光電二極管或釘扎二極管。
[0203]同時，盡管未示出，但主感測塊可基于接收光RX產(chǎn)生/收集空穴并且補(bǔ)償塊可基于環(huán)境光分量產(chǎn)生/收集空穴的圖28和圖29的深度像素200a和200b還可包括以上參照圖12、圖14、圖15、圖17、圖18和圖21描述的橋擴(kuò)散區(qū)135和137以及存儲區(qū)145和147(即，暫時存儲區(qū))中的至少一個，并且可包括以上參照圖23和圖26描述的一個公共浮置擴(kuò)散區(qū)152和一個公共輸出單元186。
[0204]圖30是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器的框圖。圖31是示出圖30中示出的三維圖像傳感器中包括的像素陣列的示例的示圖。
[0205]參照圖30和圖31，三維圖像傳感器500包括像素陣列510、行驅(qū)動單元520、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換)單元530、光源單元540、DSP (數(shù)字信號處理)單元550和控制單元560。
[0206]光源單元540發(fā)送調(diào)制的發(fā)送光TX來照射對象580。光源單元540可包括光源541和透鏡543。光源541可產(chǎn)生具有預(yù)定波長(例如，紅外或近紅外)的光。光源541可被實現(xiàn)為發(fā)光二極管(LED)或激光二極管，并且可產(chǎn)生強(qiáng)度周期性變化的光。例如，可調(diào)制光源541發(fā)射的光，使其具有連續(xù)脈沖，諸如脈沖波、正弦波或余弦波。透鏡543可將從光源541發(fā)射到對象580上的光會聚為發(fā)送光TX。
[0207]像素陣列510包括多個深度像素511。像素陣列510基于被對象580反射的接收光RX產(chǎn)生表征從三維圖像傳感器500到對象580的距離的信息。也就是說，深度像素511中的每個可提供表征從三維圖像傳感器500到對象580的距離的信息。接收光RX可包括從光源540發(fā)射并且被對象580反射的反射光和環(huán)境光的分量。在一個實施例中，三維圖像傳感器500可使用反射光和環(huán)境光的分量中包括的紅外線或近紅外線。在這種情況下，可在深度像素511上形成紅外濾波器或近紅外濾波器。
[0208]深度像素511中的每個可以是圖1中示出的深度像素10并且可如以上參照圖4、圖8、圖12、圖14、圖15、圖17、圖18、圖21、圖23、圖26、圖28和圖29描述來實現(xiàn)。也就是說，各深度像素511可包括具有光檢測區(qū)和環(huán)境光檢測區(qū)的補(bǔ)償單元，所述光檢測區(qū)基于接收光RX產(chǎn)生與電子-空穴對中的一個(例如，電子)對應(yīng)的第一電荷，所述環(huán)境光檢測區(qū)基于環(huán)境光分量產(chǎn)生與電子-空穴對中的另一個(例如，空穴)對應(yīng)的第二電荷。由于第一電荷中的一些在與第二電荷復(fù)合之后消失，因此即使環(huán)境光相當(dāng)強(qiáng)，包括深度像素511的三維圖像傳感器也可準(zhǔn)確地測量到對象580的距離，而性能沒有降低。
[0209]行驅(qū)動單元520連接到像素陣列510中的各行并且可產(chǎn)生用于驅(qū)動各行的驅(qū)動信號。例如，行驅(qū)動單元520可以以行為單位驅(qū)動像素陣列510中包括的深度像素511。
[0210]ADC單元530連接到像素陣列510中的各列，以將從像素陣列510輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在一個示例實施例中，ADC單元530可包括多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以執(zhí)行用于并行(即，同時)將各列線輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的列ADC。在另一個示例實施例中，ADC單元530可包括單個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以執(zhí)行用于將模擬信號順序地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的單個ADC。
[0211]根據(jù)示例實施例，ADC單元530可包括⑶S (相關(guān)雙采樣)單元，以提取有效的信號分量。在一個示例實施例中，CDS單元可基于代表重置分量的模擬重置信號和代表信號分量的模擬數(shù)據(jù)信號之差執(zhí)行模擬雙采樣，以提取有效信號分量。在另一個示例實施例中，CDS單元可執(zhí)行數(shù)字雙采樣，在所述中，模擬重置信號和模擬數(shù)據(jù)信號被分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后這兩個數(shù)字信號之差被提取作為有效信號分量。在另一個示例實施例中，CDS單元可執(zhí)行包括模擬雙采樣和數(shù)字雙采樣二者的雙重相關(guān)雙采樣。
[0212]DSP單元550接收從ADC單元530輸出的數(shù)字信號并且針對數(shù)字信號處理圖像數(shù)據(jù)。例如，DSP單元550可執(zhí)行圖像插值、顏色校正、白平衡、伽瑪校正和顏色轉(zhuǎn)換。
[0213]控制器560可控制行驅(qū)動單元520、ADC單元530、光源單元540和DSP單元550。控制器560可供應(yīng)控制信號，諸如用于操作行驅(qū)動單元520、ADC單元530、光源單元540和DSP單兀550的時鐘信號和時序控制信號。在一個不例實施例中，控制單兀560可包括邏輯控制電路、鎖相環(huán)(PLL)電路、時序控制電路和通信接口電路。
[0214]圖32是示出圖30中示出的三維圖像傳感器中包括的像素陣列的另一示例的示圖。
[0215]參照圖30和圖32，像素陣列510可包括多個深度像素511a、511b、511c和511d。
[0216]深度像素51 Ia和511c排列在像素陣列510的第一行，深度像素51 Ib和511d排列在像素陣列510的第二行。深度像素511a和511b可排列在像素陣列510的第一列并且深度像素511c和511d可排列在像素陣列510的第二列。深度像素511a、511b、511c和511d可分別包括主感測塊MS1、MS2、MS3和MS4以及補(bǔ)償塊CA和CB。如以上參照圖4描述的，主感測塊MS1、MS2、MS3和MS4可分別包括光柵極、光檢測區(qū)、發(fā)送柵極、浮置擴(kuò)散區(qū)和輸出單元，補(bǔ)償單元CA和CB可分別包括補(bǔ)償單元。
[0217]如以上參照圖30描述的，由于像素陣列510中包括的深度像素以行為單位驅(qū)動，因此排列在互不相同的行中并且彼此相鄰的深度像素511a、511b、511c和511d中的兩個深度像素可共用一個補(bǔ)償塊。例如，深度像素511a和511b可共用補(bǔ)償塊CA并且深度像素511c和511d可共用補(bǔ)償塊CB。換句話講，第一深度像素511a可包括具有第一光柵極和第二光柵極、第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)、第一發(fā)送柵極和第二發(fā)送柵極、第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)以及第一輸出單元和第二輸出單元的第一主感測塊MS1，并且第二深度像素511b可包括具有第三光柵極和第四光柵極、第三光檢測區(qū)和第四光檢測區(qū)、第三發(fā)送柵極和第四發(fā)送柵極、第三浮置擴(kuò)散區(qū)和第四浮置擴(kuò)散區(qū)以及第三輸出單元和第四輸出單元的第二主感測塊MS2。另外，第一深度像素511a和第二深度像素511b可共用包括第一補(bǔ)償單元和第二補(bǔ)償單元的第一補(bǔ)償塊CA。
[0218]圖33是在描述圖30中示出的三維圖像傳感器的操作示例的過程中參考的時序圖。圖33示出這樣的示例實施例，其中，包括在圖30中示出的三維圖像傳感器500中的像素陣列510被構(gòu)造成使得兩個相鄰的深度像素如圖32中所示共用一個補(bǔ)償塊，具體地，補(bǔ)償塊的補(bǔ)償單元如圖4中所示實現(xiàn)。
[0219]參照圖30、圖 32 和圖 33，信號 PGC1、PGC2、RST1、RST2、TGC1、TGC2、V0UT1 和 V0UT2與第一深度像素511a的第一主感測塊MSl相關(guān)，信號PGC3、PGC4、RST3、RST4、TGC3、TGC4、V0UT3和V0UT4與第二深度像素511b的第二主感測塊MS2相關(guān)，信號HRSTl、HRST2、HIGCl和HIGC2與第一深度像素511a和第二深度像素511b共用的第一補(bǔ)償塊CA相關(guān)。
[0220]在圖33中，在第一光收集時間段TINTl和第一讀出時間段TRDl期間，驅(qū)動第一深度像素511a，使得檢測到噪聲電壓BA和解調(diào)電壓DA，在第二光收集時間段TINT2和第一讀出時間段TRD2期間，驅(qū)動第二深度像素511b，使得檢測到噪聲電壓BB和解調(diào)電壓DB。第一深度像素511a的操作和第二深度像素511b的操作可與圖7A中示出的示例實施例的操作基本上相同，除了第一深度像素511a和第二深度像素511b共用第一補(bǔ)償塊CA之外。
[0221]盡管在圖中未示出，但第一深度像素511a的操作和第二深度像素511b的操作可與圖7B、圖1lA和圖1lB中示出的示例實施例的操作基本上相同。
[0222]圖34是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器的框圖。圖35A和圖35B是示出圖34中示出的三維圖像傳感器中包括的像素陣列的示例的示圖。
[0223]參照圖34、圖35A和圖35B，三維圖像傳感器600包括像素陣列610、第一行驅(qū)動單元620a、第二行驅(qū)動單元620b、第一 ADC單元630a、第二 ADC單元630b、光源單元640、DPS單元650和控制單元660。
[0224]光源單元640發(fā)送調(diào)制的發(fā)送光TX來照射對象680。光源單元640可包括光源641和透鏡643。光源單元640可與圖30中示出的光源單元540基本上相同。
[0225]像素陣列610基于被對象680反射的接收光RX產(chǎn)生表征從三維圖像傳感器600到對象680的距離的信息。像素陣列610可包括多個深度像素和多個顏色像素。根據(jù)示例實施例，像素陣列610中包括的深度像素相對于顏色像素的比率和定位可變化。例如，如圖35A中所示，像素陣列610a可包括深度像素611a (Z)和顏色像素613a (RGB)，或者如圖35B中所示，像素陣列610b可包括深度像素611b (Z)和顏色像素613b (RGB)。在深度像素上可形成紅外(或近紅外)濾波器，并且在顏色像素上可形成濾色器(例如，紅色、綠色和藍(lán)色濾色器)。
[0226]第一行驅(qū)動單元620a連接到各行顏色像素并且可產(chǎn)生第一驅(qū)動信號以驅(qū)動各行顏色像素。第二行驅(qū)動單元620b連接到各行深度像素并且可產(chǎn)生第二驅(qū)動信號以驅(qū)動各行深度像素。第一 ADC單元630a連接到各列顏色像素以將各列顏色像素輸出的第一模擬信號轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號。第二 ADC單元630b連接到各列深度像素以將各列深度像素輸出的第二模擬信號轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字信號。DSP單元650從第一 ADC單元630a和第二 ADC單元630b接收第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，以針對第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號處理圖像數(shù)據(jù)?？刂茊卧?60可控制第一行驅(qū)動單元620a、第二行驅(qū)動單元620b、第一 ADC單元630a、第二 ADC單元630b、光源單元640和DSP單元650。
[0227]圖36是示出根據(jù)示例實施例的操作三維圖像傳感器的深度像素的方法的流程圖。
[0228]參照圖1、圖2、圖3、圖30和圖36，在驅(qū)動三維圖像傳感器的深度像素的方法中，在光收集時間段TINT期間基于被對象580反射的接收光RX產(chǎn)生第一電荷(步驟SI 10)。光檢測區(qū)可產(chǎn)生/收集第一電荷，第一電荷可對應(yīng)于電子-空穴對中的一個(例如，電子)。
[0229]然后，基于接收光RX中包括的環(huán)境光分量，產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷(步驟S120)。補(bǔ)償單元60 (具體地講，補(bǔ)償單元60的環(huán)境光檢測區(qū))可產(chǎn)生/收集第二電荷，第二電荷可對應(yīng)于電子-空穴對中的另一個(例如，空穴)。在一個示例實施例中，可在光收集時間段TINT期間產(chǎn)生第二電荷。
[0230]在讀出時間段TRD期間第一電荷累積在浮置擴(kuò)散區(qū)50中(步驟S130)。第二電荷被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)50中(步驟S140)。第一電荷中的一些在與浮置擴(kuò)散區(qū)50中的第二電荷復(fù)合之后消失，使得可補(bǔ)償原本由環(huán)境光分量造成的深度誤差。在一個示例實施例中，如圖7A和圖1lA中所示，在讀出時間段TRD期間，第二電荷可被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)50中。在另一個示例實施例中，如圖7B和圖1lB中所示，在光收集時間段TINT期間，第二電荷可被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)50。
[0231]圖37是示出在根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器中測量距離的方法的流程圖。
[0232]參照圖1、圖2、圖3、圖30和圖37，在三維圖像傳感器中測量距離的方法中，將調(diào)制的發(fā)送光TX照射到對象580上(步驟S210)。例如，可以調(diào)制發(fā)送光TX，使其具有脈沖波、正弦波或余弦波。
[0233]在光收集時間段TINT期間，基于被對象580反射的接收光RX產(chǎn)生第一電荷(步驟S220)?；诮邮展釸X中包括的環(huán)境光分量，產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷(步驟S230)。步驟S220和S230可與圖36的步驟SllO和S120基本上相同。
[0234]在浮置擴(kuò)散區(qū)50被初始化后，檢測與浮置擴(kuò)散區(qū)50的電壓對應(yīng)的噪聲電壓VB(步驟S240)。例如，啟用重置信號RST，以將浮置擴(kuò)散區(qū)50初始化為電源電壓VDD的電平，啟用采樣控制信號SMPB以將被初始化的浮置擴(kuò)散區(qū)50的電壓檢測為噪聲電壓VB。
[0235]在檢測到噪聲電壓VB后，在讀出時間段TRD期間，第一電荷累積在浮置擴(kuò)散區(qū)50中(步驟S250)。第二電荷被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)50中(步驟S260)。步驟S250和S260可與圖36的步驟S130和S140基本上相同。
[0236]檢測與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的解調(diào)電壓VD (步驟S270)?；谠肼曤妷篤B和解調(diào)電壓VD之差確定有效電壓(步驟S280)。
[0237]圖38是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器應(yīng)用于相機(jī)的應(yīng)用的框圖。
[0238]參照圖38，相機(jī)800可包括光接收透鏡810、三維圖像傳感器820、電機(jī)單元830、引擎單元840。三維圖像傳感器820可以是圖30或圖34中示出的三維圖像傳感器，并且可包括圖像傳感器芯片821和光源模塊823。根據(jù)示例實施例，圖像傳感器芯片821和光源模塊823可彼此單獨地設(shè)置，或者光源模塊823中的至少一部分可被包括在圖像傳感器芯片821中。另外，光接收透鏡810可被制備為三維圖像傳感器820的一部分。
[0239]光接收透鏡810可將入射光會聚到圖像傳感器芯片821的光接收區(qū)(例如，深度像素和/或顏色像素)上。圖像傳感器芯片821可基于穿過光接收透鏡810入射的可見光線或紅外線產(chǎn)生包括距離信息和/或顏色圖像信息的數(shù)據(jù)DATA1。例如，從圖像傳感器芯片821產(chǎn)生的數(shù)據(jù)DATAl可包括通過使用光源模塊823發(fā)射的紅外線或近紅外線產(chǎn)生的距離數(shù)據(jù)，并且還可包括通過使用外部可見光線產(chǎn)生的拜耳圖案(Bayer patteren)的RGB數(shù)據(jù)(RGB)0以此方式，圖像傳感器芯片821可用作用于提供距離信息和顏色圖像信息的三維顏色圖像傳感器。
[0240]圖像傳感器芯片821包括深度像素和顏色像素以提供距離信息和顏色圖像信息。各深度像素包括具有光檢測區(qū)和環(huán)境光檢測區(qū)的補(bǔ)償單元，所述光檢測區(qū)基于接收光RX產(chǎn)生與電子-空穴對中的一個(例如，電子)對應(yīng)的第一電荷，所述環(huán)境光檢測區(qū)基于環(huán)境光分量產(chǎn)生與電子-空穴對中的另一個(例如，空穴)對應(yīng)的第二電荷。由于第一電荷中的一些在與第二電荷復(fù)合之后消失，因此即使環(huán)境光相當(dāng)強(qiáng)，包括深度像素的圖像傳感器芯片也可以準(zhǔn)確地測量到對象的距離，而性能沒有降低。
[0241]圖像傳感器芯片821可基于時鐘信號CLK向引擎單元840提供數(shù)據(jù)DATA1。根據(jù)示例實施例，圖像傳感器芯片821可通過MIPI (移動行業(yè)處理器接口)和/或CSI (相機(jī)串行接口)與引擎單元840連接。
[0242]電機(jī)單元830可響應(yīng)于從引擎單元840接收的控制信號CTRL調(diào)節(jié)光接收透鏡810的焦距，或者可執(zhí)行快門操作。根據(jù)示例實施例，可由電機(jī)單元830或圖像傳感器芯片821控制光源模塊823中的光源和透鏡之間的相對位置。
[0243]引擎單元840控制圖像傳感器820和電機(jī)單元830。另外，引擎單元840可處理從圖像傳感器821接收的數(shù)據(jù)DATA1。例如，引擎單元840可基于從圖像傳感器芯片821接收的數(shù)據(jù)DATAl產(chǎn)生三維顏色數(shù)據(jù)。在另一個示例實施例中，引擎單元840可基于數(shù)據(jù)DATAl中包括的RGB數(shù)據(jù)，產(chǎn)生包括亮度分量、亮度分量和藍(lán)色分量之差、亮度分量和紅色分量之差的YUV數(shù)據(jù)，或者可產(chǎn)生壓縮數(shù)據(jù)，諸如JPEG (聯(lián)合圖像專家組)數(shù)據(jù)。引擎單元840可連接到主機(jī)/應(yīng)用850，以基于主時鐘MCLK向主機(jī)/應(yīng)用850提供數(shù)據(jù)DATA2。另外，引擎單元840可通過SPI (串行外圍接口)和/或I2C (內(nèi)部集成電路)與主機(jī)/應(yīng)用850接口連接。
[0244]圖39是示出根據(jù)示例實施例的三維圖像傳感器應(yīng)用于計算系統(tǒng)的應(yīng)用的框圖。
[0245]參照圖39，計算系統(tǒng)1000可包括處理器1010、內(nèi)存裝置1020、三維圖像傳感器1030、存儲裝置1040、輸入/輸出裝置1050和電源1060。盡管在圖39中未示出，但計算系統(tǒng)1000還可包括能夠與視頻卡、聲卡、內(nèi)存卡、USB裝置或其它電子裝置建立通信的端口。
[0246]處理器1010可執(zhí)行特定計算或任務(wù)。根據(jù)示例實施例，處理器1010可包括微處理器或CPU(中央處理單元)。處理器1010可通過地址總線、控制總線和數(shù)據(jù)總線與內(nèi)存裝置1020、存儲裝置1040和輸入/輸出裝置1050建立通信。根據(jù)示例實施例，處理器1010還可連接到擴(kuò)展總線，諸如PCI (外圍組件互連)總線。
[0247]內(nèi)存裝置1020可存儲操作計算系統(tǒng)1000所需的數(shù)據(jù)。例如，內(nèi)存裝置1020可被實現(xiàn)為易失性存儲器，諸如DRAM (動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)、SRAM (靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)或移動DRAM。另外，內(nèi)存裝置1020可被實現(xiàn)為非易失性存儲器，諸如EEPROM (電可擦除可編程只讀存儲器)、閃速存儲器、PRAM (相變隨機(jī)存取存儲器)、RRAM (電阻隨機(jī)存取存儲器)、NFGM(納米浮柵存儲器)、PoRAM (聚合物隨機(jī)存取存儲器)、MRAM (磁隨機(jī)存取存儲器)、FRAM (鐵電隨機(jī)存取存儲器)。
[0248]存儲裝置1040可包括固態(tài)驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器或⑶-ROM。輸入/輸出裝置1050可包括諸如鍵盤、小鍵盤或鼠標(biāo)的輸入單元和諸如打印機(jī)或顯示器的輸出單元。電源1060可供應(yīng)操作計算系統(tǒng)1000所需的電力。
[0249]三維圖像傳感器1030可通過總線或其它通信鏈路連接到處理器1010，以建立與處理器1010的通信。如上所述，三維圖像傳感器1030可以是提供距離信息和顏色圖像信息的三維圖像傳感器。三維圖像傳感器1030可包括深度像素和顏色像素以提供距離信息和顏色圖像信息。各深度像素包括具有光檢測區(qū)和環(huán)境光檢測區(qū)的補(bǔ)償單元，所述光檢測區(qū)基于接收光RX產(chǎn)生與電子-空穴對中的一個(例如，電子)對應(yīng)的第一電荷，所述環(huán)境光檢測區(qū)基于環(huán)境光分量產(chǎn)生與電子-空穴對中的另一個(例如，空穴)對應(yīng)的第二電荷。由于第一電荷中的一些在與第二電荷復(fù)合之后消失，因此即使環(huán)境光相當(dāng)強(qiáng)，包括深度像素的三維圖像傳感器1030也可以準(zhǔn)確地測量到對象的距離，而性能沒有降低。
[0250]可根據(jù)各種封裝技術(shù)中的任一種封裝三維圖像傳感器1030。例如，可通過使用諸如PoP (層疊封裝)、球柵陣列(BGA)、芯片級封裝(CSP)、塑料引線芯片載體(PLCC)、塑料雙列直插封裝(PDIP)、裸片格柵封裝(die in waffle pack)、裸片級晶片形式(die in waferform)、板上芯片(COB)、陶瓷雙列直插封裝(CERDIP)、塑料方形扁平封裝(公制)(MQFP)、薄方形扁平封裝(TQFP)、小外形封裝(S0IC)、窄間距小外形封裝(SS0P)、薄小外形封裝(TS0P)、系統(tǒng)級封裝(SIP)、多芯片封裝(MCP)、晶片級制造封裝(WFP)和晶片級加工堆疊封裝(WSP)的封裝技術(shù)安裝三維圖像傳感器1030中的至少一部分。
[0251]同時，計算系統(tǒng)1000必須是采用三維圖像傳感器的各種類型的計算系統(tǒng)中的任一種。例如，計算系統(tǒng)1000可包括移動電話、智能電話、PDA (個人數(shù)字助理)、PMP (便攜式多媒體播放器)、數(shù)字相機(jī)、PC (個人計算機(jī))、服務(wù)器計算機(jī)、工作站、筆記本計算機(jī)、數(shù)字電視、機(jī)頂盒、音樂播放器、便攜式游戲控制臺和導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0252]圖40是示出圖39的計算系統(tǒng)中使用的接口的一個示例的框圖。
[0253]參照圖40，計算系統(tǒng)1100可被實現(xiàn)為使用或支持MIPI (移動行業(yè)處理器接口)的數(shù)據(jù)處理裝置(例如，便攜式電話、PDA、便攜式多媒體播放器或智能電話)。計算系統(tǒng)1100可包括應(yīng)用處理器1110、三維圖像傳感器1140和顯示裝置1150。
[0254]應(yīng)用處理器1110的CSI主機(jī)1112可經(jīng)由相機(jī)串行接口(CSI)與三維圖像傳感器1140的CSI裝置1141執(zhí)行串行通信。在一個示例實施例中，CSI主機(jī)1112可包括解串器DES并且CSI裝置1141可包括串行器SER。應(yīng)用處理器1110的DSI主機(jī)1111可經(jīng)由顯示器串行接口(DSI)執(zhí)行與顯示裝置1150的DSI裝置1151的串行通信。在一個示例實施例中，DSI主機(jī)1111可包括串行器SER并且DSI裝置1151可包括解串器DES。
[0255]計算系統(tǒng)1000還可包括與應(yīng)用處理器1110執(zhí)行通信的射頻(RF)芯片1160。計算系統(tǒng)1100的物理層(PHY) 1113和RF芯片1160的物理層(PHY) 1161可基于MIPI DigRF執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。應(yīng)用處理器1110還可包括控制PHY1161的數(shù)據(jù)通信的DigRF主機(jī)1114。
[0256]同時，計算系統(tǒng)1000可包括全球定位系統(tǒng)(GPS) 1120、存儲器1170、麥克風(fēng)1180、DRAM1185和揚聲器1190。另外，通信系統(tǒng)1100可使用超寬帶(UWB) 1120、無線局域網(wǎng)(WLAN) 1220和全球微波接入互操作(WIMAX) 1230執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。然而，計算系統(tǒng)1100的以上結(jié)構(gòu)和接口只是出于示例的目的，示例實施例可不限于此。
[0257]示例實施例可應(yīng)用于三維圖像傳感器和包括三維圖像傳感器的電子裝置。例如，示例實施例可應(yīng)用于諸如便攜式電話、智能電話、平板PC、筆記本計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式媒體播放器(PMP)、數(shù)字相機(jī)、音樂播放器、游戲控制臺和導(dǎo)航系統(tǒng)的各種裝置。
[0258]以上示出示例實施例并且將不被解釋為是對示例實施例的限制。盡管已描述了數(shù)個示例實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該容易理解，在實質(zhì)上不脫離本發(fā)明構(gòu)思的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，可在示例實施例中進(jìn)行許多修改。因此，所有這類修改意在被包括在如權(quán)利要求限定的本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)。因此，要理解，以上示出各種示例實施例的示例并且將不被解釋為限于所公開的特定實例實施例，并且所公開的示例實施例的修改以及其它實例實施例意在被包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三維圖像傳感器的深度像素，所述深度像素包括: 第一光柵極，響應(yīng)于第一光控制信號導(dǎo)通/截止； 第一光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝还鈻艠O導(dǎo)通時基于被對象反射的接收光產(chǎn)生第一電荷； 第一發(fā)送柵極，響應(yīng)于第一發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止； 第一浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝话l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；和 第一補(bǔ)償單元，被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以向第一浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
2.如權(quán)利要求1所述的深度像素，其中，第一補(bǔ)償單元包括: 第一環(huán)境光檢測區(qū)，被配置為基于環(huán)境光分量產(chǎn)生第二電荷；和 第一注入柵極，響應(yīng)于第一注入控制信號導(dǎo)通/截止。
3.如權(quán)利要求2所述的深度像素，其中，當(dāng)?shù)谝蛔⑷霒艠O導(dǎo)通時，從第一環(huán)境光檢測區(qū)產(chǎn)生的第二電荷被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)中。
4.如權(quán)利要求2所述的深度像素，其中，第一環(huán)境光檢測區(qū)的尺寸小于第一光檢測區(qū)的尺寸。
5.如權(quán)利要求2所述的深度像素，其中，第一環(huán)境光檢測區(qū)包括在半導(dǎo)體基板中形成的雜質(zhì)區(qū)，雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電類型相同，雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度大于半導(dǎo)體基板的雜質(zhì)濃度。
6.如權(quán)利要求5所述的深度像素，其中，雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度在朝向接收光入射的半導(dǎo)體基板的表面的方向上逐漸增大。
7.如權(quán)利要求2所述的深度像素，其中，第一補(bǔ)償單元還包括:第一重置晶體管，第一重置晶體管被配置為響應(yīng)于第一重置信號初始化第一環(huán)境光檢測區(qū)。
8.如權(quán)利要求2所述的深度像素，其中，第一補(bǔ)償單元還包括: 第二發(fā)送柵極，響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止；和 第一存儲區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通時存儲從第一環(huán)境光檢測區(qū)產(chǎn)生的第二電荷。
9.如權(quán)利要求8所述的深度像素，其中，當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通后第一注入柵極導(dǎo)通時，存儲在第一存儲區(qū)中的第二電荷被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)中。
10.如權(quán)利要求8所述的深度像素，其中，第一環(huán)境光檢測區(qū)包括: 在半導(dǎo)體基板中形成的第一雜質(zhì)區(qū)，第一雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電類型相同，第一雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度大于半導(dǎo)體基板的雜質(zhì)濃度；和 在第一雜質(zhì)區(qū)下方的半導(dǎo)體基板中形成的第二雜質(zhì)區(qū)，第二雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型與第一雜質(zhì)區(qū)的導(dǎo)電類型不同。
11.如權(quán)利要求10所述的深度像素，其中，第一環(huán)境光檢測區(qū)還包括在第一雜質(zhì)區(qū)上方的半導(dǎo)體基板中形成的第三雜質(zhì)區(qū)，第三雜質(zhì)區(qū)具有與第二雜質(zhì)區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
12.如權(quán)利要求8所述的深度像素，其中，第一補(bǔ)償單元還包括:第一重置晶體管，第一重置晶體管被配置為響應(yīng)于第一重置信號初始化第一存儲區(qū)。
13.如權(quán)利要求1所述的深度像素，還包括:第二光柵極，響應(yīng)于第二光控制信號導(dǎo)通/截止； 第二光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)诙鈻艠O導(dǎo)通時基于接收光產(chǎn)生第三電荷； 第二發(fā)送柵極，響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止； 第二浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝话l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第三電荷；和 第二補(bǔ)償單兀，被配置為基于環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第三電荷的第四電荷，以向第二浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第四電荷。
14.如權(quán)利要求13所述的深度像素，還包括:位于第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)之間的溝道阻止區(qū)。
15.如權(quán)利要求1所述的深度像素，其中，第一光控制信號在光收集時間段期間在第一邏輯電平和第二邏輯電平之間周期性地切換，并且在讀出時間段期間具有第一邏輯電平， 第二電荷在光收集時間段期間被產(chǎn)生并且被收集，并且在光收集時間段或讀出時間段期間被注入到第一浮置擴(kuò)散區(qū)。
16.如權(quán)利要求1所述的深度像素，還包括:第一輸出單元，第一輸出單元被配置為產(chǎn)生與第一電荷和第二電荷的總和對應(yīng)的輸出電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的深度像素，其中，第一輸出單元包括: 第一重置晶體管，被配置為響應(yīng)于第一重置信號初始化第一浮置擴(kuò)散區(qū)； 第一驅(qū)動晶體管，被配置為放大第一浮置擴(kuò)散區(qū)的電壓；和 第一選擇晶體管，被配置為將被第一驅(qū)動晶體管放大的電壓作為輸出電壓輸出。
18.—種三維圖像傳感器的深度像素，所述深度像素包括: 第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)，被配置為基于被對象反射的接收光產(chǎn)生第一電荷；第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為分別累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷和從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；和 第一補(bǔ)償單元和第二補(bǔ)償單元，被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以分別向第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
19.如權(quán)利要求18所述的深度像素，還包括: 第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)，分別與第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)相鄰；和第一光柵極和第二光柵極，分別形成在第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)上方，并且被配置為響應(yīng)于第一光控制信號和第二光控制信號將從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷和從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷分別存儲在第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)中。
20.如權(quán)利要求18所述的深度像素，還包括: 第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)，分別與第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)分隔開；和第一光柵極和第二光柵極，被配置為響應(yīng)于第一光控制信號和第二光控制信號將第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)分別電連接到第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)。
21.如權(quán)利要求18所述的深度像素，還包括: 第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)，分別與第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)相鄰； 第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)，分別與第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)分隔開； 第一光柵極和第二光柵極，分別形成在第一光檢測區(qū)和第二光檢測區(qū)上方，并且被配置為響應(yīng)于第一光控制信號和第二光控制信號將從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷和從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷分別存儲在第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)中；和 第一存儲柵極和第二存儲柵極，被配置為將第一橋擴(kuò)散區(qū)和第二橋擴(kuò)散區(qū)分別電連接到第一存儲區(qū)和第二存儲區(qū)。
22.—種三維圖像傳感器，包括: 光源單元，被配置為使用調(diào)制的發(fā)送光照射對象；和 像素陣列，包括多個深度像素，并且被配置為基于被對象反射的接收光產(chǎn)生表征到對象的距離的距離信息， 其中，所述多個深度像素之中的第一深度像素包括: 第一光柵極，響應(yīng)于第一光控制信號導(dǎo)通/截止； 第一光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)谝还鈻艠O導(dǎo)通時基于接收光產(chǎn)生第一電荷； 第一發(fā)送柵極，響應(yīng)于第一發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止； 第一浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置 為當(dāng)?shù)谝话l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第一光檢測區(qū)產(chǎn)生的第一電荷；和 第一補(bǔ)償單元，被配置為基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷，以向第一浮置擴(kuò)散區(qū)供應(yīng)第二電荷。
23.如權(quán)利要求22所述的三維圖像傳感器，其中，所述多個深度像素之中的與第一深度像素相鄰的第二深度像素包括: 第二光柵極，響應(yīng)于第二光控制信號導(dǎo)通/截止； 第二光檢測區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)诙鈻艠O導(dǎo)通時基于接收光產(chǎn)生第三電荷； 第二發(fā)送柵極，響應(yīng)于第二發(fā)送控制信號導(dǎo)通/截止； 第二浮置擴(kuò)散區(qū)，被配置為當(dāng)?shù)诙l(fā)送柵極導(dǎo)通時累積從第二光檢測區(qū)產(chǎn)生的第三電荷， 其中，第一補(bǔ)償單元被第一深度像素和第二深度像素共用，并且被配置為產(chǎn)生不同于第三電荷的第二電荷。
24.一種操作三維圖像傳感器的深度像素的方法，所述方法包括: 基于被對象反射的接收光，在光收集時間段期間產(chǎn)生第一電荷； 基于接收光中包括的環(huán)境光分量產(chǎn)生不同于第一電荷的第二電荷； 在讀出時間段期間將第一電荷累積在浮置擴(kuò)散區(qū)中；和 將第二電荷注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，在光收集時間段期間執(zhí)行產(chǎn)生第二電荷的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，在光收集時間段期間執(zhí)行將第二電荷注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的步驟。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，在讀出時間段期間執(zhí)行將第二電荷注入到浮置擴(kuò)散區(qū)中的步驟。
【文檔編號】H01L27/146GK103985721SQ201410046825
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】金昇炫, 樸允童, 李容濟(jì), 孔珠榮, 樸喜雨, 車承垣, 金成瞮 申請人:三星電子株式會社