具有PD偏置图案的图像传感器的制作方法

本专利文档中所公开的技术和实现方式总体涉及具有光电二极管(pd)偏置图案的图像传感器，更具体地，涉及一种包括图像传感器的电子设备。

背景技术：

由于信息通信产业的最新发展和电子设备的数字化，具有改进性能的图像传感器正被用于诸如数码相机、便携式摄像机、移动电话、个人通信系统(pcs)、游戏机、安全摄像机和医疗微型相机之类的各种领域。通常，图像传感器包括具有光电二极管的像素区域以及外围电路区域。单位像素包括光电二极管和传输晶体管。随着图像传感器的分辨率增加并且单位像素的尺寸变得更小，存在减小光电二极管的物理体积的需要。因此，在光电二极管中产生光电子的能力变得重要。

技术实现要素：

本专利文档提供了包括光电二极管(pd)偏置图案的图像传感器的设计以及其它内容。

所公开的技术的实施方式涉及能够通过一个光电二极管接收所有四种颜色的光的图像传感器。

所公开的技术的实施方式涉及具有能够阻挡光电子泄漏路径的像素隔离图案的图像传感器。

根据所公开的技术的一实施方式，一种图像传感器可包括：光敏区域，所述光敏区域位于基板中并且被配置为响应于所述光敏区域上的入射光而产生光电子；导电偏置图案，所述导电偏置图案被设置为彼此间隔开并且围绕所述光敏区域；以及像素隔离图案，所述像素隔离图案与所述导电偏置图案间隔开并且被设置在所述导电偏置图案的周边。

根据所公开的技术的一实施方式，一种图像传感器可包括多个单位像素，所述多个单位像素按行和列来设置。所述单位像素中的每一个可包括：单个光电二极管区域，所述单个光电二极管区域形成在基板中；第一光电二极管(pd)偏置图案至第四pd偏置图案，所述第一pd偏置图案至所述第四pd偏置图案以彼此间隔开的方式形成在所述基板中，所述第一pd偏置图案至所述第四pd偏置图案被设置在对应像素单元的虚拟的第一象限至第四象限上以围绕所述单个光电二极管区域，并且包含导电材料；以及栅格图案，所述栅格图案形成在所述基板的第一侧上，以将所述单个光电二极管区域划分为所述虚拟的第一象限至第四象限上的第一单元空间至第四单元空间，所述栅格图案具有包括水平部和垂直部的网格形状。

根据所公开的技术的一实施方式，一种图像传感器可包括多个单位像素。所述单位像素中的每一个可包括：一个光电二极管区域；浮置扩散区域，所述浮置扩散区域被设置在所述光电二极管区域的中心；第一传输门(transfergate)至第四传输门，所述第一传输门至所述第四传输门被设置在所述光电二极管区域的第一象限至第四象限上以与所述浮置扩散区域交叠；以及第一pd偏置图案至第四pd偏置图案，所述第一pd偏置图案至所述第四pd偏置图案彼此间隔开以围绕所述光电二极管区域。

附图说明

图1是示意性地例示根据所公开的技术的一实施方式的示例性图像传感器的框图。

图2是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的示例性单位像素的等效电路图。

图3a是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的示例性像素阵列的上侧的示意性布图。

图3b是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的示例性单位像素的放大布图。

图4是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的示例性像素阵列的下侧的像素隔离图案的布图。

图5是沿着图3b中的线i-i'截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。

图6a至图6d是例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的单位像素在第一操作周期至第四操作周期中的操作的俯视图。

图7a和图7b是沿着图6a的线ii-ii'和图6c的线iii-iii'截取的图像传感器的单位像素的示例的纵向截面图。

图8是根据所公开的技术的另一实施方式的沿着图3b中的线i-i'截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图，并且图9b是沿着图6c的线iii-iii'截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。

图9a是沿着图6a的线ii-ii'截取的图像传感器的单位像素的示例的纵向截面图。

图10是位于图像传感器的基板的下侧的示例性栅格图案的布图。

图11a和图11b是示例性栅格图案的三维立体图。

图12a至图12d概念性地例示了根据所公开的技术的一实施方式的用于打开或关闭图像传感器的第一快门图案至第四快门图案的电压条件。

图13是例示具有根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的电子设备的概念图。

具体实施方式

可实施所公开的技术以提供设计成使用单个光电二极管接收不同颜色的光的图像传感器。例如，所公开的技术的一些实施方式提供了具有偏置图案和像素隔离图案的图像传感器，该偏置图案可产生具有不同颜色信息的光电子，该像素隔离图案沿着偏置图案的外周边设置。

在本公开中，在结合附图阅读以下示例性实施方式之后，优点、特征和用于实现它们的方法将变得更加明显。在整个公开内容中，相似的附图标记在本发明的各个附图和实施方式中表示相似的部件。

如本文中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定至少一个所陈述的特征、步骤、操作和/或元件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、步骤、操作和/或其元件的存在或添加。

图1是示意性地例示基于所公开的技术的一实施方式的图像传感器800的框图。参照图1，图像传感器800可包括像素阵列810、相关双采样器(cds)820、模数转换器(adc)830、缓冲器840、行驱动器850、定时发生器860、控制寄存器870和斜坡信号发生器880，在像素阵列810中多个像素被布置成矩阵结构，例如，以行和列布置的像素的阵列。

像素阵列810可包括以包括列和行的矩阵结构布置的多个像素块815。响应于入射光的接收，多个像素块815中的每一个可将关于所接收的入射光的光学图像信息转换为电子图像信号，并且通过列线将电子图像信号发送到相关双采样器820。多个像素块815中的每一个可与一条行线和一条列线联接。滤色器可布置在像素阵列810中的像素块上，使得特定颜色的光可被输入到每个像素。例如，多个像素块815中的每一个可包括三种不同的颜色图案，使得红色像素、绿色像素和蓝色像素以包括列和行的矩阵的形式布置。

相关双采样器820可保持从像素阵列810的像素块815接收的电图像信号并对其进行采样。例如，相关双采样器820可根据从定时发生器860提供的时钟信号对基准电压电平和接收到的电图像信号的电压电平进行采样，并将与这两个电压电平之间的差对应的模拟信号发送到模数转换器830。

模数转换器830可将接收的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到缓冲器840。

缓冲器840可存储或锁存所接收到的数字信号，并且将锁存的数字信号接连地输出到外部图像信号处理器。缓冲器840可包括用于临时存储或锁存数字信号的存储器和用于对数字信号进行放大的感测放大器。

行驱动器850可根据定时发生器860的信号驱动像素阵列810的多个像素块815。例如，行驱动器850可产生选择信号，每个选择信号用于选择多条行线中的一条行线，和/或产生驱动信号，每个驱动信号用于驱动多条行线中的一条行线。

定时发生器860可产生用于控制相关双采样器820、模数转换器830、行驱动器850和斜坡信号发生器880的定时信号。

控制寄存器870可产生用于控制缓冲器840、定时发生器860和斜坡信号发生器880的控制信号。

根据定时发生器860的控制，斜坡信号发生器880可产生用于控制从缓冲器840输出的图像信号的斜坡信号。

图像传感器800的每个像素块815可包括将所接收到的光转换成电荷的光电传感器或光敏元件，该光电传感器或光敏元件可按照合适的配置来实现，其包括光电二极管、光栅、光电晶体管、光电导体或能够产生光生电荷的一些其它光敏结构。每个成像像素也可以包括用于存储光生电荷的电荷储存区域，其可被构造为例如如在下面的示例中所公开的浮置扩散区域。可在每个成像像素中包括附加电路，例如，用于将光生电荷从光电传感器或光敏元件传输到储存区域的传输晶体管以及用于在读出之后将电荷储存区域中的电荷复位的复位电路。

图2是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的单位像素的等效电路图。参照图2，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的单位像素px可包括光电二极管pd、第一传输晶体管tx1至第四传输晶体管tx4、浮置扩散区域fd、复位晶体管rx、驱动晶体管dx、选择晶体管sx和输出端口pout。

响应于其上接收的入射光，光电二极管pd可接收光并产生电子-空穴对。

第一传输晶体管tx1至第四传输晶体管tx4可将光电二极管pd中产生的电子传输至浮置扩散区域fd。第一传输晶体管tx1至第四传输晶体管tx4可并联联接，并且可彼此互斥地导通。例如，当第一传输晶体管tx1至第四传输晶体管tx4当中的一个导通时，第一传输晶体管tx1至第四传输晶体管tx4中的另外三个可截止并处于截止状态。

浮置扩散区域fd可联接到驱动晶体管dx的栅极。浮置扩散区域fd中的电子可使驱动晶体管dx导通。

经过驱动晶体管dx的电信号可通过选择晶体管sx被输出到输出端口pout。复位晶体管rx可将浮置扩散区域fd复位到电源电压vdd电平。在电信号被输出到输出端口pout之后，浮置扩散区域fd可通过复位晶体管rx复位到初始电压电平，例如，电源电压vdd。

根据所公开的技术的实施方式的图像传感器可包括并联联接以共享一个光电二极管pd的第一传输晶体管tx1至第四传输晶体管tx4这四个晶体管。

图3a是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的像素阵列的上侧的简单布图。图3b是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的单位像素的放大布图。

参照图3a，根据所公开的技术的一示例性实施方式的图像传感器的像素阵列可包括以矩阵形状布置的多个单位像素px，例如，以行和列布置的像素单元px的阵列。参照图3b，通过空间区域sp彼此间隔开的单位像素px中的每一个可包括光电二极管区域pd、第一pd(光电二极管)偏置图案b1至第四pd偏置图案b4、浮置扩散区域fd、浮置扩散隔离区域fdi、第一传输门tg1至第四传输门tg4以及有源区域act。

光电二极管区域pd可包括形成在基板10中的n型掺杂区域。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4中的每一个在俯视图中可具有肘形状或“l”字母形。例如，第一pd偏置图案至第四pd偏置图案中的每一个具有包括在两个不同方向上延伸的部分和位于延伸部分之间的连接部分的形状。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可布置在光电二极管区域pd的四个不同侧部上。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可围绕光电二极管区域pd以形成矩形。在一些实现方式中，第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可设置在光电二极管区pd的周边。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4的顶点布置在单位像素px的四个边角处。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4的顶点可指向外部。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可被设置为分别在单位像素px的第一象限至第四象限上彼此间隔开。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可包括导体。例如，第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可包括掺杂的多晶硅、金属、金属化合物和金属合金中的至少一种或者其组合。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可分别包括第一焊盘区域p1至第四焊盘区域p4。第一焊盘区域p1至第四焊盘区域p4可以是第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4的一部分。第一焊盘区域p1至第四焊盘区域p4可提供用于与接触插塞接触的空间，接触插塞用于向第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4施加电偏置。

浮置扩散区域fd可设置在光电二极管区域pd的中心处或围绕中心设置。浮置扩散区域fd可以是n型掺杂区域或者包括n型掺杂区域。浮置扩散隔离区域fdi可以是p型掺杂区域或者包括p型掺杂区域。浮置扩散隔离区域fdi可被设置为围绕浮置扩散区域fd。

第一传输门tg1至第四传输门tg4可分别布置在浮置扩散区域fd的第一象限至第四象限上。第一传输门tg1至第四传输门tg4可以与第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4一起部分地围绕浮置扩散区域fd。第一传输门tg1至第四传输门tg4可以与浮置扩散区域fd和浮置扩散隔离区域fdi部分地交叠。在一些实施方式中，第一传输门tg1至第四传输门tg4可设置在跨越浮置扩散隔离区域fdi的区域上方。第一传输门tg1至第四传输门tg4可包括诸如掺杂的多晶硅、金属、金属化合物或金属合金或者它们的组合之类的导体，以便将光电二极管区域pd中所产生的电子传输到浮置扩散区域fd。浮置扩散隔离区域fdi可提供第一传输门tg1至第四传输门tg4的沟道区域。

有源区域act可与单位像素px的一侧相邻设置，以提供驱动晶体管、选择晶体管和复位晶体管的源区、漏区和沟道区域。

根据本实施方式的图像传感器的单位像素px的光电二极管区域pd可被集成为一个而不是分成四个。

图4是根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的像素阵列的下侧的像素隔离图案15的布图。参照图4，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的像素隔离图案15可沿水平方向和垂直方向设置并延伸。像素隔离图案可设置在相邻的单位像素px之间，例如，设置在两个邻近的相邻单位像素px的第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4中的一些之间。在俯视图或纵向截面图中，像素隔离图案15可按照网格形式设置以围绕单位像素px的光电二极管区域pd和第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4。在一些实现方式中，像素隔离图案15可沿着偏置图案b1至b4的外周边设置以提供单位像素px。在一些实现方式中，单位像素px可具有与设置在单位像素px之间的空间区域sp在垂直方向交叠的部分。像素隔离图案15可包括彼此未物理分离而是彼此正交并且可彼此联接的水平线和垂直线。

图5是沿着图3b的线i-i'截取的图像传感器的单位像素的纵向截面图。参照图5，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器可包括基板10中的第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4、光电二极管区域pd、浮置扩散区域fd、浮置扩散隔离区域fdi、像素隔离图案15、位于基板10上侧的第一传输门tg1至第四传输门tg4、位于基板10下侧的抗反射层20、栅格图案30、滤色器50和微透镜60。此外，图5所示的图像传感器还可包括快门图案，将在下面参照图8至图9b来详细描述快门图案。

第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可被形成为填充深沟槽的分隔壁的形状。例如，第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可包括在形成于基板10内部的深沟槽的内壁上形成的衬里绝缘层(lininginsulatinglayer)以及在衬里绝缘层上完全填充深沟槽的导电插塞。在一些实现方式中，导电插塞可在衬里绝缘层上方完全填充深沟槽。衬里绝缘层可包含硅氧化物和/或硅氮化物。导电插塞可包含掺杂的多晶硅、金属、金属化合物或金属合金中的至少一种或者其组合。因此，光电二极管区域pd可与第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4电隔离。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可被形成为从基板10的上侧朝向基板10的内部延伸，并且第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4的下部可与基板10的下侧间隔开。例如，基板的厚度大于第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4的厚度。在该图中，第一pd偏置图案b1和第三pd偏置图案b3可被包括在同一单位像素px中，而第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4可被包括在与包括第一pd偏置图案b1和第三pd偏置图案b3的单位像素px相邻设置的其它单位像素px中。空间区域sp可插置在相邻的单位像素px之间。

参照图5的截面图，光电二极管区pd可设置在单位像素px中的第一pd偏置图案b1和第三pd偏置图案b3之间。在一些实现方式中，光电二极管区域pd可由第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4围绕。浮置扩散隔离区域fdi和浮置扩散区域fd可形成在光电二极管区域pd的中心的上部或围绕光电二极管区域pd的中心设置。浮置扩散隔离区域fdi可按口袋的形状围绕浮置扩散区域fd。光电二极管区域pd和浮置扩散区域fd可彼此电隔离。第一传输门tg1和第三传输门tg3可设置在光电二极管区域pd上，以便与浮置扩散区域fd和浮置扩散隔离区域fdi的一部分部分地且垂直地交叠。第一传输门tg1和第三传输门tg3可被设置为横穿浮置扩散隔离区域fdi。因此，浮置扩散隔离区域fdi可用作用于在光电二极管区域pd与浮置扩散区域fd之间传输光电子的沟道区域。

像素隔离图案15可按照比第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4小的分隔壁的形状形成在基板10的下部。第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4可被形成为从基板10的上侧(例如，基板10的顶表面)延伸到基板的内部。像素隔离图案15可被形成为从基板10的下侧(例如，基板10的底表面)延伸到基板的内部。像素隔离图案15的垂直长度或垂直深度可以比第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4的垂直长度或垂直深度短。像素隔离图案15可形成在空间区域sp中，以与第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4间隔开。换句话说，像素隔离图案15可在相邻的单位像素px的第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4中的两个之间延伸。像素隔离图案15可包含绝缘材料。例如，像素隔离图案15可包含填充从基板10的下侧形成到内部的沟槽的绝缘材料。绝缘材料可包含硅氧化物或硅氮化物或者其组合。

抗反射层20可形成在基板10的下侧上。抗反射层20可具有平坦形状。抗反射层20可包括诸如硅氮化物、硅氧化物或硅氮氧化物之类的介电无机层的单层或多层或者包括这样的介电无机层的单层或多层。

栅格图案30的一部分可与光电二极管区域pd的中心部分(例如，浮置扩散区域fd和浮置扩散隔离区域fdi)对齐或被设置为与其在垂直方向交叠。栅格图案30的一些部分可与空间区域sp中的像素隔离图案15对齐或被设置为与其交叠。另外，栅格图案30的部分可被对齐以与像素隔离图案15在垂直方向交叠。栅格图案30可包括诸如金属之类的导体。因此，可将电压施加到栅格图案30。

滤色器50可形成在栅格图案30之间。滤色器50中的每一个可包括含有绿色、红色和蓝色中的一种颜料的聚合有机材料。微透镜60可分别形成在滤色器50上方。微透镜60可包含透明聚合物有机材料或诸如硅氧化物之类的无机材料。

图6a至图6d是例示根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的单位像素在第一操作周期至第四操作周期中的操作的俯视图。

参照图6a，在第一操作周期中，当单位像素px的第一pd偏置图案b1接地(g)并且第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4被施加负(-)电压时，第一有效光电二极管区域pde1可被限定为如图中虚线所示。具体地说，由于被施加负(-)电压的第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4可在光电二极管区域pd中提供没有电子的耗尽区域，因此产生光电子的光电二极管区域pd可在第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4周围缩小。接地的第一pd偏置图案b1可将产生电子的光电二极管区域pd扩大。在第一操作周期中，与图3a和图3b中所示的光电二极管区域相比，有效光电二极管区域pde1可包括第一pd偏置图案b1的扩大的周边和第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4的缩小的周边。在第一操作周期中，可将正电压(+)施加到第一传输门tg1，可将负电压(-)施加到第二传输门tg2至第四传输门tg4。因此，在第一操作周期中，第一传输门tg1可通过浮置扩散隔离区域fdi将在第一有效光电二极管区域pde1中产生的光电子传输到浮置扩散区域fd。

参照图6b，在第二操作周期中，当单位像素px的第二pd偏置图案b2接地(g)并且第一pd偏置图案b1、第三pd偏置图案b3和第四pd偏置图案b4被施加负(-)电压时，第二有效光电二极管区域pde2可被限定为如图中虚线所示。具体地说，由于被施加负(-)电压的第一pd偏置图案b1、第三pd偏置图案b3和第四pd偏置图案b4可在光电二极管区域pd中提供没有电子的耗尽区域，因此产生光电子的光电二极管区域pd可在第一pd偏置图案b1、第三pd偏置图案b3和第四pd偏置图案b4周围缩小。接地的第二pd偏置图案b2可将产生电子的光电二极管区域pd扩大。换句话说，在第二操作周期中，与图3a和图3b中所示的光电二极管区域相比，有效光电二极管区域pde2可包括第二pd偏置图案b2的扩大的周边以及第一pd偏置图案b1、第三pd偏置图案b3和第四pd偏置图案b4的缩小的周边。在第二操作周期中，可将正(+)电压施加到第二传输门tg2，并且可将负电压(-)施加到第一传输门tg1、第三传输门tg3和第四传输门tg4。因此，在第二操作周期中，第二传输门tg2可通过浮置扩散隔离区域fdi将在第二有效光电二极管区域pde2中产生的光电子传输到浮置扩散区域fd。

参照图6c，在第三操作周期中，当单位像素px的第三pd偏置图案b3接地(g)并且第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4被施加负(-)电压时，第三有效光电二极管区域pde3可被限定为如图中虚线所示。具体地说，由于被施加负(-)电压的第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4可在光电二极管区域pd内部提供没有电子的耗尽区域，因此产生光电子的光电二极管区域pd可在第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4周围缩小。接地的第三pd偏置图案b3可将产生电子的光电二极管区域pd扩大。在第三操作周期中，与图3a和图3b中所示的光电二极管区域相比，第三有效光电二极管区域pde3可包括第三pd偏置图案b3的扩大的周边以及第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4的缩小的周边。在第三操作周期中，可将正(+)电压施加到第三传输门tg3，并且可将负(-)电压施加到第一传输门tg1、第二传输门tg2和第四传输门tg4。因此，在第三操作周期中，第三传输门tg3可通过浮置扩散隔离区域fdi将在第三有效光电二极管区域pde3中产生的光电子传输到浮置扩散区域fd。

参照图6d，在第四操作周期中，当单位像素px的第四pd偏置图案b4接地(g)并且第一pd偏置图案b1至第三pd偏置图案b3被施加负(-)电压时，第四有效光电二极管区域pde4可被限定为如图中虚线所示。具体地说，由于被施加负(-)电压的第一pd偏置图案b1至第三pd偏置图案b3可在光电二极管区域pd内部提供没有电子的耗尽区域，因此产生光电子的光电二极管区域pd可在第一pd偏置图案b1至第三pd偏置图案b3周围缩小。接地的第四pd偏置图案b4可将产生电子的光电二极管区域pd扩大。在第四操作周期中，与图3a和图3b中所示的光电二极管区域相比，第四有效光电二极管区域pde4可包括第四pd偏置图案b4的扩大的周边以及第一pd偏置图案b1至第三pd偏置图案b3的缩小的周边。在第四操作周期中，可将正(+)电压施加到第四传输门tg4，并且可将负(-)电压施加到第一传输门tg1至第三传输门tg3。因此，在第四操作周期中，第四传输门tg4可通过浮置扩散隔离区域fdi将在第四有效光电二极管区域pde4中产生的光电子传输到浮置扩散区域fd。

图7a和图7b是沿着图6a的线ii-ii'和图6c的线iii-iii'截取的图像传感器的单位像素px的纵向截面图。例如，图7a是在暗模式下(即，当在光电二极管区域pd中接收少量的光时)的图像传感器的单位像素px的纵向截面图，而图7b是在亮模式下(即，当在光电二极管区域pd中接收到足够量的光时)的图像传感器的单位像素px的纵向截面图。

参照图7a，在暗模式下，第一pd偏置图案b1可接地(g)并且第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4可被施加足够量的负电压。在暗模式下，暗电流可对图像传感器的灵敏度具有相对大的影响。因此，在暗模式下，优选地向第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4施加相对足够量的负电压，以便形成相对宽且大的耗尽区域d。在这种情况下，像素隔离图案15可被包括在耗尽区域d中。被施加负电压的第二pd偏置图案b2与第三pd偏置图案b3之间的空间区域sp可转变为耗尽区域d。在一些实现方式中，第二pd偏置图案b2与第三pd偏置图案b3之间的整个空间区域sp被包括在耗尽区域d中。接地(g)的第一pd偏置图案b1与第四pd偏置图案b4之间的空间区域sp可部分地转变为耗尽区域d。第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4与基板10的下侧(例如，基板10的底表面)之间的空间可转变为耗尽区域d。在一些实现方式中，第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4与基板10的底表面之间的整个空间被包括在耗尽区域d中。在一些实现方式中，第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4与基板10的下侧(例如，基板10的底表面)之间的一部分可以不被转变为耗尽区域d。在这种情况下，未转变为耗尽区域d的区域可以是或形成光电子泄漏路径。然而，根据本实施方式的实施方式，像素隔离图案15可阻挡光电子泄漏路径。

参照图7b，在亮模式下，第三pd偏置图案b3可接地(g)，并且第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4可被施加相对少量的负(-)电压。在亮模式下，暗电流对图像传感器的灵敏度的影响可相对较小。因此，在亮模式下，优选地通过向第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4施加相对小的负(-)电压来形成相对小的耗尽区域d。功耗可降低，并且可通过增加第三有效光电二极管区域pde3来容易地产生光电子，因此可提高图像传感器的灵敏度。在亮模式下，由于耗尽区域d形成得相对小，因此空间区域sp的一部分可未转变为耗尽区域d。具体地说，第二pd偏置图案b2与第三pd偏置图案b3之间的空间区域sp的一部分以及第一pd偏置图案b1与第四pd偏置图案b4之间的空间区域sp的一部分可部分地转变为耗尽区域d。另外，第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4与基板10的下侧(例如，基板10的底表面)之间的空间的一部分可未转变为耗尽区域d。如上所述，未转变的区域可以是或形成光电子泄漏路径，但是像素隔离图案15可阻挡光电子泄漏路径。

图8是根据所公开的技术的另一实施方式的沿着图3b中的线i-i'截取的图像传感器的单位像素px的纵向截面图。参照图8，图像传感器还可包括沿着与基板10的顶表面平行的方向形成在栅格图案30之间的快门图案40-1、40-2、40-3和40-4。快门图案40_1、40_2、40_3和40_4可沿着与基板的顶表面正交的另一方向插置在抗反射层20与滤色器50之间。可打开或关闭快门图案40_1、40_2、40_3和40_4以选择性地透射光。例如，快门图案40_1、40_2、40_3和40_4可基于根据栅格图案30施加的电压产生的电场来阻挡或透射光。快门图案40_1、40_2、40_3和40_4可包括诸如偏振过滤器或液晶显示器(lcd)之类的光阻挡材料层。快门图案40_1、40_2、40_3和40_4可被设置为分别与第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4对应。第一滤色器50_1至第四滤色器50_4可被设置为分别与快门图案40_1、40_2、40_3和40_4对应。第一微透镜60_1至第四微透镜60_4可被设置为分别与第一滤色器50_1至第四滤色器50_4对应。

图9a是沿着图6a的线ii-ii'截取的图像传感器的单位像素px的示例的纵向截面图。参照图9a，在暗模式的第一操作周期中，由于耗尽区域d形成在被施加负(-)电压的第二pd偏置图案b2至第四pd偏置图案b4的周边，因此可限定第一有效光电二极管区域pde1。在第一操作周期中，第一快门图案40_1可被打开，并且第二快门图案40_2至第四快门图案40_4可被阻挡。因此，光l可仅通过第一快门图案40_1以及设置在第一快门图案40_1上的第一滤色器50_1和第一微透镜60_1到达第一有效光电二极管区域pde1。因此，透射通过第一微透镜60_1、第一滤色器50_1和第一快门图案40_1的光l可照射到第一有效光电二极管区域pde1中，而透射通过第二微透镜60_2至第四微透镜60_4以及第二滤色器50_2至第四滤色器50_4的光(例如，不同颜色的光)不可照射到第一有效光电二极管区域pde1。第一有效光电二极管区域pde1可仅具有与第一滤色器50_1相同的颜色信息。在第一操作周期中，可将正(+)电压施加到第一传输门tg1，并且可将负(-)电压施加到第二传输门tg2至第四传输门tg4。因此，可仅接通第一传输门tg1，并由此可将第一有效光电二极管区域pde1中的光电子传输到浮置扩散区域fd。

图9b是沿着图6c的线iii-iii'截取的图像传感器的单位像素px的示例的纵向截面图。参照图9b，可示出在亮模式的在第三操作周期中，当在被施加负(-)电压的第一pd偏置图案b1、第二pd偏置图案b2和第四pd偏置图案b4的周边产生耗尽区域d时，限定了第三有效光电二极管区域pde3。在第三操作周期中，第三快门图案40_3可被打开，而第一快门图案40_1、第二快门图案40_2和第四快门图案40_4可被阻挡。因此，光l仅通过第三快门图案40_3以及设置在第三快门图案40_3上的第三滤色器50_3和第三微透镜60_3到达第三有效光电二极管区域pde3。因此，透射通过第三微透镜60_3、第三滤色器50_3和第三快门图案40_3的光l可照射到第三有效光电二极管区域pde3中，而透射通过第一微透镜60_1、第二微透镜60_2和第四微透镜60_4以及第一滤色器50_1、第二滤色器50_2和第四滤色器50_4的光不可照射到第三有效光电二极管区域pde3中。第三有效光电二极管区域pde3可具有与第三滤色器50_3相同的颜色信息。在第三操作周期中，可将正(+)电压施加到第三传输门tg3，并且可将负(-)电压施加到第一传输门tg1、第二传输门tg2和第四传输门tg4。因此，可仅打开第三传输门tg3，并由此可将第三有效光电二极管区域pde3中的光电子传输到浮置扩散区域fd。

参照图6a，在第一操作周期中，当第一快门图案40_1被打开并且第二快门图案40_2至第四快门图案40_4被阻挡时，第一有效光电二极管区域pde1可产生具有由第一滤色器50-1获得或从第一滤色器50-1获得的第一颜色信息的光电子。具有第一颜色信息的光电子可通过第一传输门tg1被传输到浮置扩散区域fd。

参照图6b，在第二操作周期中，当第二快门图案40_2被打开并且第一快门图案40_1、第三快门图案40_3和第四快门图案40_4被阻挡时，第二有效光电二极管区域pde2可产生具有由第二滤色器50_2获得或从第二滤色器50_2获得的第二颜色信息的光电子。具有第二颜色信息的光电子可通过第二传输门tg2被传输到浮置扩散区域fd。

参照图6c，在第三操作周期中，当第三快门图案40_3被打开并且第一快门图案40_1、第二快门图案40_2和第四快门图案40_4被阻挡时，第三有效光电二极管区域pde3可产生具有由第三滤色器50_3获得或从第三滤色器50_3获得的第三颜色信息的光电子。具有第三颜色信息的光电子可通过第三传输门tg3被传输到浮置扩散区域fd。

参照图6d，在第四操作周期中，当第四快门图案40_4被打开并且第一快门图案40_1至第三快门图案40_3被阻挡时，第四有效光电二极管区域pde4可产生具有由第四滤色器50_4获得的第四颜色信息的光电子。具有第四颜色信息的光电子可通过第四传输门tg4被传输到浮置扩散区域fd。

图10是位于图像传感器的基板下侧的栅格图案30的布图的示例。为了便于理解所公开的技术，使用虚线将第一pd偏置图案b1至第四pd偏置图案b4一起示出。参照图10，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的栅格图案30可包括垂直延伸并且彼此间隔开的垂直栅格图案30v和水平延伸并且彼此间隔开的水平栅格图案30h，其中垂直栅格图案30v和水平栅格图案30h可彼此正交。栅格图案30v和30h可按网格形式设置在基板10的下侧，使得每个垂直栅格图案30v与每个水平栅格图案30h交叉。快门图案40_1至40_4、滤色器50_1至50_4以及微透镜60_1至60_4可层叠在基板10的下侧。图9a和图9b中所示的第一快门图案40_1至第四快门图案40_4和第一滤色器50_1至第四滤色器50_4可层叠在由栅格图案30v和30h限定的第一单元空间s1至第四单元空间s4中，并且第一微透镜60_1至第四微透镜60_4可层叠在栅格图案30v和30h以及第一滤色器50_1至第四滤色器50_4上方。第一单元空间s1至第四单元空间s4中的每一个可对应于红色、蓝色、第一绿色和/或第二绿色中的一种颜色。第一单元空间s1至第四单元空间s4可与光电二极管区域pd交叠。换句话说，光电二极管区域pd可被第一单元空间s1至第四单元空间s4共享以接收不同颜色的光。由栅格图案30限定的第一单元空间s1至第四单元空间s4可被包括在由像素隔离图案15限定的单个单位像素px中。因此，像素隔离图案15可限定单位像素px，并且栅格图案30可限定一个单位像素px中的第一单元空间s1至第四单元空间s4。

图11a和图11b是栅格图案30v和30h的三维立体图。参照图11a，栅格图案30v和30h可形成为两层。例如，水平栅格图案30h可包括下水平栅格图案30hl和上水平栅格图案30hu，垂直栅格图案30v也可包括下垂直栅格图案30vl和上垂直栅格图案30vu。根据所公开的技术的一实施方式，上水平栅格图案30hu和下垂直栅格图案30v1可包括诸如金属之类的导体，并且下水平栅格图案30h1和上垂直栅格图案30vu可包括非导体。换句话说，水平栅格图案30h和垂直栅格图案30v可彼此电隔离。因此，空间s可包括由并联的下垂直栅格图案30v1产生的下电场和由并联的上水平栅格图案30hu产生的上电场。图9a和图9b的第一快门图案40_1至第四快门图案40_4可通过上电场和/或下电场而被打开或阻挡。具体地说，当第一快门图案40_1至第四快门图案40_4中的一个被打开时，第一快门图案40_1至第四快门图案40_4中的其余三个可被阻挡。

参照图11b，栅格图案30v和30h可包括高度相对较低的垂直栅格图案30v和高度相对较高的水平栅格图案30h。水平栅格图案30h和垂直栅格图案30v可彼此间隔开以彼此电隔离。在图11a和图11b中，水平栅格图案30h和垂直栅格图案30v的相对位置可调换。

图12a至图12d概念性地例示了根据所公开的技术的一实施方式的用于打开或关闭图像传感器的第一快门图案40_1至第四快门图案40_4的电压条件。参照图12a至图12d，当相邻的水平栅格图案30h具有水平电位差并且相邻的垂直栅格图案30v具有垂直电位差时，设置在它们之间的快门图案40_n(将单元空间表示为“o”)可被打开。当相邻的水平栅格图案30h或相邻的垂直栅格图案30v中的任何一对不具有电位差时，设置在它们之间的快门图案40_n(将单元空间表示为“x”)可被阻挡。换句话说，仅当所有相邻的水平栅格图案30h和所有相邻的垂直栅格图案30v具有电位差时，快门图案40_n才会打开。在图12a至图12d中，将相对高的电位表示为“h”，将相对低的电位表示为“l”。“h”和“l”可以是可互换的。例如，在图12a中，当将第一水平栅格图案30h至第五水平栅格图案30h从顶部向底部定位时，在第二水平栅格图案30h与第三水平栅格图案30h之间以及第四水平栅格图案30h与第五水平栅格图案30h之间存在水平电位差。在图12a的示例中，当将第一垂直栅格图案30v至第五垂直栅格图案30v从左向右定位时，在第一垂直栅格图案30v与第二垂直栅格图案30v之间以及第三垂直栅格图案30v与第四垂直栅格图案30v之间存在垂直电位差。因此，在图12a中，设置在图10中的单元空间s1中的快门图案被打开。图12b至图12d也示出了基于栅格图案的电位差来打开/关闭图像传感器的快门图案的实现方式。

图13是例示具有根据所公开的技术的一实施方式的图像传感器的电子设备900的概念图。参照图13，包括根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的电子设备900可包括能够拍摄静止图像或运动画面的相机。电子设备900可包括光学系统910(或光学透镜)、快门单元911、图像传感器800、用于控制/驱动图像传感器800和快门单元911的控制器913以及信号处理器912。图像传感器800可以是根据所公开的技术的各种实施方式的图像传感器。

光学系统910可将来自对象的光学图像(入射光)引导至图像传感器800的像素阵列(参考图1的附图标记“810”)。光学系统910可包括多个光学透镜。快门单元911可控制图像传感器800暴露于光以及与光隔离的时间长度。控制器913可控制图像传感器800的传输操作和快门单元911的快门操作。信号处理器912可处理从图像传感器800输出的各种信号。在信号处理之后所输出的图像信号dout可被存储在诸如存储器之类的存储介质中或者被输出到监视器。

根据所公开的技术的实施方式，由于图像传感器能够通过使用一个光电二极管区域来接收不同颜色的光，因此可提高光电二极管区域的光接收能力和光电子产生能力。

根据所公开的技术的实施方式，图像传感器的光电二极管区域被设计为具有不同的有效光电二极管区域，该有效光电二极管区域可根据施加到其上的电压适当地改变以接收不同颜色的光。

根据所公开的技术的实施方式，由于图像传感器包括阻挡光电子泄漏路径的像素隔离图案，因此可保持在有效光电二极管区域中产生的光电子的效率而不会降低。

根据所公开的技术的详细描述，可理解所公开的技术的各种实施方式的本文中未描述的其它效果。

虽然已经关于特定实施方式描述了所公开的技术，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本专利文档要求于2018年3月21日提交的韩国专利申请no.10-2018-0032551的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用合并于本文中。