成像電路和用于操作成像電路的方法
【技術領域】
[0001]實施例涉及產生對象的圖像并且特別是涉及成像電路和用于操作成像電路的方法。
【背景技術】
[0002]各種傳感器和計量器使用聲學和光學脈沖或編碼信號的延遲測量。在一些應用中，距離的測量與模式檢測耦合。這可以是例如在使用可見或紅外光的一些渡越時間(T0F)技術中的情況。紅外光因為其不可見性可以是許多應用中選擇的波長信號。紅外光具有大約十微米或更大的穿透深度。在該深度，不能容易地借助于表面摻雜層的向外擴散而建立空間電荷區域。光子混合器件(PMD)也不能進行顏色識別，因為僅紅外脈沖光被估計。所使用的光電管給出固定的光譜響應并且因此并非設計以用作顏色識別器件。

【發明內容】

[0003]需要提供一種成像電路，其能夠生成三維彩色圖像。
[0004]這樣的需要可以由權利要求的主題滿足。
[0005]一些實施例涉及成像電路，其包括半導體襯底和延伸到半導體襯底中的第一垂直溝槽柵極和相鄰的第二垂直溝槽柵極。成像電路還包括柵極控制電路。柵極控制電路配置為以第一操作模式操作以將第一電壓提供給第一垂直溝槽柵極并且將第二電壓提供給第二垂直溝槽柵極，從而生成將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至第一垂直溝槽柵極附近的第一集電(collect1n)接觸的第一空間電荷區域。柵極控制電路還配置為以第二操作模式操作以將第三電壓提供給第一垂直溝槽柵極，從而生成將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至第一垂直溝槽柵極附近的第一集電接觸的第二空間電荷區域。成像電路還包括圖像處理電路，其配置為基于在第一操作模式下第一集電接觸處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子來確定對象的距離信息，并且基于在第二操作模式下第一集電接觸處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子來確定對象的顏色信息。
[0006]一些實施例涉及成像電路，其包括半導體襯底和延伸到半導體襯底中的多個垂直溝槽柵極。每個相應的垂直溝槽柵極具有在其附近的用于收集第一電荷載流子類型的光生電荷載流子的對應的集電接觸。成像電路還包括柵極控制電路，其配置為在集電時間間隔期間將不同電壓提供給多個垂直溝槽柵極中的每一個。每個相應的垂直溝槽柵極生成用于將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至其相應的集電接觸的相應空間電荷區域。成像電路還包括圖像處理電路，其配置為確定對象的多個顏色信息類型的顏色信息，每個顏色信息類型的顏色信息基于每個對應的集電接觸處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子。
[0007]—些實施例涉及用于操作成像電路的方法。該方法包括在第一操作模式下，將第一電壓提供給第一垂直溝槽柵極并且將第二電壓提供給第二垂直溝槽柵極以生成將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至第一垂直溝槽柵極附近的第一集電接觸的第一空間電荷區域。該方法還包括在第二操作模式下，將第三電壓提供給第一垂直溝槽柵極以生成將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至第一垂直溝槽柵極附近的第一集電接觸的第二空間電荷區域。該方法還包括基于在第一操作模式下第一集電接觸處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子，來確定對象的距離信息。該方法還包括基于在第二操作模式下第一集電接觸處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子，來確定對象的顏色信息。
【附圖說明】
[0008]以下將僅作為示例并且參照附圖來描述裝置和/或方法的一些實施例，其中:
圖1示出根據實施例的成像電路的示意截面圖。
[0009]圖2示出根據實施例的操作在第一操作模式下的成像電路的示意截面圖。
[0010]圖3示出根據實施例的指示由第一操作模式下的柵極控制電路提供的電壓的圖解。
[0011]圖4A示出根據實施例的操作在第二操作模式下的垂直溝槽柵極的示意截面圖。
[0012]圖4B示出根據實施例的操作在第二操作模式下的垂直溝槽柵極的示意截面圖。
[0013]圖4C示出根據實施例的操作在第二操作模式下的垂直溝槽柵極的示意截面圖。
[0014]圖4D示出根據實施例的操作在第二操作模式下的垂直溝槽柵極的示意截面圖。
[0015]圖5示出根據實施例的操作在第二操作模式下的垂直溝槽柵極的示意截面圖。
[0016]圖6示出根據實施例的成像電路的示意截面圖。
[0017]圖7示出根據實施例的用于操作成像電路的方法的流程圖。
[0018]圖8A示出根據實施例的成像電路的示意俯視圖。
[0019]圖8B示出根據實施例的成像電路的示意俯視圖。
[0020]圖9示出指示深耗盡下空間電荷區域寬度的視圖。
[0021]圖10示出指示光進入硅的穿透深度的圖解。
[0022]圖11示出指示所測量的光電流作為溝槽柵極電壓的函數的圖解。
【具體實施方式】
[0023]現在將參照其中圖示一些示例實施例的附圖來更全面地描述各種示例實施例。在附圖中，線、層和/或區域的厚度可以為了清楚而放大。
[0024]因此，盡管示例實施例能夠進行各種修改和替換形式，但其實施例作為示例在附圖中示出并且在此將詳細描述。然而，應理解，并非意在將示例實施例限制于所公開的特定形式，而是相反，示例實施例將覆蓋所有落入本公開的范圍內的修改、等同物和替換。在整個附圖的描述中，相同標記指代相同或相似的元件。
[0025]應理解，當元件被稱為“連接”或“耦合”于另一元件時，其可以直接連接于或耦合于另一元件，或者可以存在介入元件。相反，當元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”于另一元件時，則不存在介入元件。用于描述元件之間關系的其他用詞應該以類似形式來解釋(例如，“之間”相對于“直接之間”，“鄰近”相對于“直接鄰近”等)。
[0026]在此使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，并且并非意在限制示例實施例。如在此使用的，單數形式“一”、“一個”和“該”也意在包括復數形式，除非上下文另有清楚指示。還應該進一步理解，術語“包括”、“包含”和/或“包含了”，在此使用時，指代存在所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合。
[0027]除非另外限定，所有在此使用的術語(包括技術和科學術語)具有與示例實施例所屬領域的技術人員通常理解的相同含義。還應理解，例如在通常使用的字典中限定的那些術語的術語應該解釋為具有與它們在相關領域的上下文中的含義一致的含義，而不應以理想化地或過分正式的意義來解釋，除非在此明確如此限定。
[0028]圖1示出根據實施例的成像電路1的示意截面圖。成像電路1包括半導體襯底10和延伸到半導體襯底10中的第一垂直溝槽柵極12和相鄰的第二垂直溝槽柵極13。
[0029]成像電路1還包括柵極控制電路239。柵極控制電路239以第一操作模式操作以將第一電壓，例如VI，提供給第一垂直溝槽柵極12并且將第二電壓，例如，V2，提供給第二垂直溝槽柵極13，從而生成將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至第一垂直溝槽柵極12附近的第一集電接觸32的第一空間電荷區域。
[0030]柵極控制電路239還以第二操作模式操作以將第三電壓提供給第一垂直溝槽柵極12，從而生成將第一電荷載流子類型的光生電荷載流子加速至第一垂直溝槽柵極12附近的第一集電接觸32的第二空間電荷區域。
[0031]成像電路1還包括圖像處理電路235，其基于在第一操作模式下第一集電接觸32處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子來確定對象的距離信息，并且基于在第二操作模式下第一集電接觸32處收集的第一電荷載流子類型的光生電荷載流子來確定對象的顏色信息。
[0032]由于圖像處理電路235、柵極控制電路239、第一垂直溝槽柵極12和第二垂直溝槽柵極13的以上實施，成像電路使得能夠生成示出周圍場景和顏色識別的詳細圖片的三維圖像、彩色圖像和三維彩色圖像。此外，對象的距離信息和顏色信息兩者可以通過相同的成像電路來確定。此外，具有關于對象的距離信息和顏色信息兩者的圖像可以由成像電路1來產生。此外，由于使用了用于生成空間電荷區域的垂直溝槽柵極，成像電路1的橫向尺寸可以減小，或者分辨率可以增加，并且由雜散電荷載流子引起的噪聲可以被避免或最小化。
[0033]半導體襯底10可以是基于娃的半導體襯底、基于碳化娃的半導體襯底、基于砷化鎵的半導體襯底或基于氮化鎵的半導體襯底。半導體襯底10可以被摻雜，以使得半導體襯底的大部分電荷載流子是例如空穴的正電荷載流子，或者使得半導體襯底的大部分電荷載流子是例如電子的負電荷載流子。為了說明目的，半導體襯底10假定為p摻雜的半導體襯底。換言之，假定，半導體襯底10中的電荷載流子中的大部分是正電荷載流子，即空穴。
[0034]例如，半導體襯底10可以具有在IX 1013至IX 10 17 cm 3之間，或1 X 10 14至1 X 10 16cm 3之間，或者1X10 14至1X10 15 cm 3之間的摻雜濃度，例如大約5 X 10 14 cm3。
[0035]半導體襯底10可以是例如半導體管芯或半導體芯片。第一垂直溝槽柵極12和第二垂直溝槽柵極13可以在半導體襯底10，即在半導體管芯中形成。半導體襯底10可以具有在半導體襯底的頂面和底面之間的垂直方向上測量的厚度。
[0036]第一垂直溝槽柵極12可以位于第一垂直溝槽218中(在圖2中示出)并且由在第一垂直溝槽218內的絕緣層216 (在圖2中示出)與半導體襯底10絕緣。例如，第一垂直溝槽218可以例如通過對半導體襯底的頂面101進行結構化而形成在半導體襯底10的頂面101處，并且第一垂直溝槽218可以從頂面101延伸到半導體襯底10中。
[0037]隨后，絕緣層216可以沉積在第一垂直溝槽218中并且可以覆蓋第一垂直溝槽218的底壁和側壁。絕緣層216可以是例如氧化物層。例如，絕緣層216可以是二氧化硅層。絕緣層216可以具有在lnm至30nm之間或者2nm至25nm之間，或者5nm至25nm之間的厚度，例如大約20nm。
[0038]絕緣層216還可以稱為柵極氧化物層，或氧化物襯里。第一垂直溝槽柵極12可以通過在第一垂直溝槽218中沉積導電材料來形成。導電材料可以例如填充第一垂直溝槽218，并且可以形成在絕緣層216上方，例如直接在絕緣層216上方。例如，導電材料可以是多晶硅，和/或金屬。絕緣層216可以將第一垂直溝槽柵極12與半導體襯底10絕緣。
[0039]第二垂直溝槽柵極13可以根據第一垂直溝槽柵極12的實施方式來實現。
[0040]例如，第一集電接觸32可以包括形成在半導體襯底10的頂表面的局部η摻雜區域(在圖4Α至4D中示出)以及形成在該η摻雜區域上方的金屬接觸。例如，第一集電接觸32可以是沉積在η摻雜注入區域上方的導電電極材料。第一集電接觸32可以與η摻雜注入區域直接電連接，或者可以通過一個或多個導電層電連接至η摻雜注入區域。第一集電接觸32和η摻雜注入區域可以形成在半導體襯底10的在第一垂直溝槽柵極12附近的頂面101處。例如，η摻雜注入區域可以形成在半導體襯底10中頂面101的表面處，并且第一集電接觸32可以形成在η摻雜注入區域上方，例如，半導體襯底10的頂面101上方。例如，第一集電接觸32和η摻雜注入區域可以圍繞第一垂直溝槽柵極12。例如，第一集電接觸32和/或η摻雜注入區域可以與第一垂直溝槽柵極12的絕緣層216