JP2022019558A - マルチタブ構造を有する距離ピクセル及びこれを含むタイムオブフライトセンサ - Google Patents

マルチタブ構造を有する距離ピクセル及びこれを含むタイムオブフライトセンサ Download PDF

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Abstract

Figure 2022019558000001
【課題】距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサを提供すること。
【解決手段】タイムオブフライトセンサの距離ピクセルは、共通フォトゲートと、複数のフローティング拡散領域と、複数の復調転送ゲートと、複数のオーバーフローゲートとを含む。共通フォトゲートは、距離ピクセルの中心領域に配置され、複数のフローティング拡散領域は、中心領域を取り囲む外郭領域に配置される。複数の復調転送ゲートは、共通フォトゲートにより収集された光電荷を、複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、距離ピクセルの中心を通り、互いに垂直な第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して、対称的に外郭領域に配置される。複数のオーバーフローゲートは、共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出するように、第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して、対称的に外郭領域に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路に関し、より詳しくは、マルチタブ構造を有する距離ピクセル及び該距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサに関する。
最近、物体の立体情報を獲得する３次元感知に対する関心が高まるにつれ、多様な３次元カメラが開発されている。様々な方式の３次元カメラの中でも、タイムオブフライト(ToF、Time of Flight)方式のカメラが、回路の複雑度が低く、距離分解能に優れていることから、多く使用されている。
タイムオブフライトセンサは、距離情報を抽出するために、別のレーザ又は発光ダイオード(LED)と光源を用いて、変調された送信光を被写体に照射した後、反射して出る反射光の時間差もしくは位相差を測定して、距離を計算する。物体に反射して戻った信号は、復調信号を使って測定される。タイムオブフライトセンサをモバイル装置のような様々な電子装置に適用するために、タイムオブフライトセンサのサイズ及び消耗電力を減少することが求められる。
前記のような問題点を解決するための本発明の目的は、効率的な測距を行うことができる距離ピクセル、及び該距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサを提供することである。
前記の目的を達成するために、本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサの距離ピクセルは、共通フォトゲートと、複数のフローティング拡散領域と、複数の復調転送ゲートと、複数のオーバーフローゲートとを含む。
前記共通フォトゲートは、距離ピクセルの中心領域に配置され、前記複数のフローティング拡散領域は、前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される。前記複数の復調転送ゲートは、前記共通フォトゲートにより収集（集光）された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記距離ピクセルの中心を通り、互いに垂直な第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される。前記複数のオーバーフローゲートは、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出（drain）するように、前記第１の水平ライン及び前記第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される。
また、前記の目的を達成するために、本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサは、変調された送信光を被写体に照射する光源と、１つ以上の距離ピクセルを含み、前記被写体から反射した受信光に基づいて、タイムオブフライトセンサから前記被写体までの距離情報を提供する感知部と、前記光源及び前記感知部を制御する制御部とを含む。前記距離ピクセルのそれぞれは、距離ピクセルの中心領域に配置される共通フォトゲートと、前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される複数のフローティング拡散領域と、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記距離ピクセルの中心を通り、互いに垂直な第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される複数の復調転送ゲートと、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷が排出するように、前記第１の水平ライン及び前記第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される複数のオーバーフローゲートとを含む。
更に、前記の目的を達成するために、本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサの距離ピクセルは、距離ピクセルの中心領域に配置される共通フォトゲートと、前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される複数のフローティング拡散領域と、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記外郭領域に配置される複数の復調転送ゲートと、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域に伝達する前に一時的に（temporarily）保存するために、前記複数のフローティング拡散領域及び前記複数の復調転送ゲートの間で、前記外郭領域にそれぞれ配置される電荷保存（storing：蓄積）構造物、及び前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出するように、前記外郭領域に配置される複数のオーバーフローゲートとを含む。
前記の目的を達成するために、距離ピクセルの中心領域に配置され、半導体基板の上面と垂直な垂直方向に延設され、前記半導体基板の上部領域に形成された１つ以上のトレンチの内部に配置される１つ以上の垂直フォトゲートを含む共通フォトゲートと、前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される複数のフローティング拡散領域と、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記外郭領域に配置される複数の復調転送ゲートと、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出するように、前記外郭領域に配置される１つ以上のオーバーフローゲートとを含む。
本発明の実施例による距離ピクセルは、１つの共通フォトゲートを適用することで、距離ピクセル及び該距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサの消耗電力及びサイズを減少することができる。
また、本発明の実施例による距離ピクセルは、対称構造及び共通フォトゲートの変形構造により、センシング精度及びセンシング感度を増加することで、距離ピクセル及び該距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサの性能を向上させることができる。
本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルの垂直構造を示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルの垂直構造を示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルの垂直構造を示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルの垂直構造を示す断面図である。 本発明の実施例による２-タブ構造を有する距離ピクセルを示す回路図である。 図４の２タブ構造を有する距離ピクセルのレイアウトの一実施例を示す図である。 図４の２タブ構造を有する距離ピクセルの動作の実施例を示すタイミング図である。 図４の２タブ構造を有する距離ピクセルの動作の実施例を示すタイミング図である。 個別的なフォトゲートを適用した２タブ構造を有する距離ピクセルを示す回路図である。 図８の２タブ構造を有する距離ピクセルの動作を示すタイミング図である。 本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサを示すブロック図である。 タイムオブフライトセンサにおいて、被写体の距離の測定及び計算の一例を説明するための図である。 タイムオブフライトセンサにおいて、被写体の距離の測定及び計算の一例を説明するための図である。 本発明の実施例による４-タブ構造を有する距離ピクセルを示す回路図である。 図１３の４タブ構造を有する距離ピクセルのレイアウトの一実施例を示す図である。 図１３の４タブ構造を有する距離ピクセルの動作の一実施例を示すタイミング図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのフローティング拡散領域の共有に関する実施例を示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのフローティング拡散領域の共有に関する実施例を示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 図２０の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの実施例を示す斜視図である。 図２０の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの実施例を示す斜視図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 図２２の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの実施例を示す斜視図である。 図２２の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの実施例を示す斜視図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 図２８の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの一実施例を示す斜視図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。 図３２の距離ピクセルに含まれる偏光構造物の実施例を示す図である。 図３２の距離ピクセルに含まれる偏光構造物の実施例を示す図である。 本発明のイメージセンサをコンピュータシステムに応用した例を示すブロック図である。 図３４のコンピュータシステムで用いられるインタフェースの一例を示すブロック図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施例をより詳しく説明する。図面上の同一の構成要素に対しては、同一の図面符号を付し、同一の構成要素に関する重複した説明は省略する。
図１は、本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図であり、図２ａ及び図２ｂは、本発明の実施例による距離ピクセルの垂直構造を示す断面図であり、図３ａ及び図３ｂは、本発明の実施例による距離ピクセルの垂直構造を示す断面図である。
以下、基板上面に平行で且つ互いに交差する２つの方向をそれぞれ、第１の水平方向(X)及び第２の水平方向(Y)と定義し、基板上面に実質的に垂直な方向を垂直方向(Z)と定義する。第１の水平方向(X)は、行方向に相当し、第２の水平方向(Y)は、列方向に相当する。
図１乃至図３に示しているように、距離ピクセル(PX)は、共通フォトゲート(CPG)、複数のフローティング拡散領域(FDA、FDB)、複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)、及び複数のオーバーフローゲート(OG1、OG2)を含む。図１乃至図３には、図示及び説明の便宜のため、２タブ構造に相当する２つのフローティング拡散領域(FDA、FDB)、及び２つの復調転送ゲート(TGA、TGB)を示しているが、本発明の実施例がこれに限定されるものではない。復調転送ゲート及びフローティング拡散領域の数は、距離ピクセル(PX)のタブの数によって、様々に変更される。また、オーバーフローゲートの数も様々に変更される。
共通フォトゲート(CPG)は、距離ピクセル(PX)の中心領域(CREG)に配置され、複数のフローティング拡散領域(FDA、FDB)、複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)、及び複数のオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、中心領域(CREG)を取り囲む外郭領域(PREG)に配置される。
複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)は、共通フォトゲート(CPG)により収集された光電荷を、複数のフローティング拡散領域(FDA、FDB)へ伝達し、複数のオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、共通フォトゲート(CPG)により収集された光電荷を排出する。距離ピクセル(PX)の動作については、図６及び図７を参照して後述する。
複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)は、距離ピクセル(PX)の中心(CP)を通し、互いに垂直な第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して対称的に、外郭領域(PREG)に配置される。また、複数のオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して対称的に、外郭領域(PREG)に配置される。
一実施例において、図４及び図５を参照して後述するように、距離ピクセル(PX)は、複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)及び複数のフローティング拡散領域(FDA、FDB)の間にそれぞれ配置される電荷保存構造物を更に含む。前記電荷保存構造物は、共通フォトゲート(CPG)により収集された光電荷を複数のフローティング拡散領域(FDA、FDB)に伝達する前に、一時的に保存することができる。
一般に、距離ピクセルは、複数のフォトゲートを含み、入射光の強さを感知するための集光区間（integration period）の間に、互いに異なる位相を有する複数の復調信号を、前記複数のフォトゲートにそれぞれ与える。一方、本発明の実施例による距離ピクセル(PX)は、中心領域(CREG)に配置される１つの共通フォトゲート(CPG)を含む。図６及び図７を参照して後述するように、前記集光区間の間に、複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)には、互いに異なる位相を有する複数の復調信号がそれぞれ与えられる。前記集光区間の間に共通フォトゲート(CPG)に与えられるフォトゲート電圧(VPG)は、光電荷を収集するためのＤＣ電圧レベルを有し、前記集光区間の間に複数のオーバーフローゲートに与えられるオーバーフローゲート電圧は、前記光電荷の排出を遮断するためのターンオフ電圧レベルを有する。
図２ａ及び図２ｂに示しているように、距離ピクセル(PX)は、半導体基板１０に形成されるフローティング拡散領域(FDA、FDB)とドレイン領域(DR1、DR2)、及び半導体基板１０上に形成される共通フォトゲート(CPG)、復調転送ゲート(TGA、TGB)、及びオーバーフローゲート(OG1、OG2)を含む。フローティング拡散領域(FDA、FDB)、ドレイン領域(DR1、DR2)、共通フォトゲート(CPG)、復調転送ゲート(TGA、TGB)、及びオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、ピクセルの中心(CP)を通す垂直ライン(VLZ)に対して対称的に配置される。
フローティング拡散領域(FDA、FDB)とドレイン領域(DR1、DR2)は、半導体基板１０の上面１１へのイオン注入工程などにより、半導体基板１０に形成され、共通フォトゲート(CPG)、復調転送ゲート(TGA、TGB)、及びオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、蒸着工程、エッチング工程などにより、半導体基板１０と離隔して形成される。半導体基板１０の上面１１とゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)の間には、酸化膜のような絶縁層(DL)が介在される。
ゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)は、ポリシリコンを含むか、透明導電性酸化物(transparent conducting oxide、TCO)を含む。例えば、ゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)は、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、亜鉛酸化物(ZnO)、チタン酸化物(TiO2)、又はこれらの組み合わせを含む。
距離ピクセル(PX)に入射される光は、半導体基板１０の上部表面から入射され、この場合、ゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)は、透明導電性酸化物を含んで形成される。一方、距離ピクセル(PX)に入射される光は、半導体基板１０の下面から入射され、この場合、ゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)は、不透明導電性酸化物を含んでも構わない。
距離ピクセル(PX)は、半導体基板１０と反対導電型の不純物でドープされ、共通フォトゲート(CPG)の下の半導体基板１０に形成されるフォトダイオードのような光電荷保存領域(PD)を更に含む。すなわち、光電荷保存領域(PD)は、フローティング拡散領域(FDA、FDB)及びドレイン領域(DR1、DR2)と離隔するように、共通フォトゲート(CPG)の下部に形成され得る。一実施例において、半導体基板１０は、Ｐ型基板であり、光電荷保存領域(PD)は、Ｎ型不純物でドープされる。他の実施例において、半導体基板１０は、Ｎ型半導体基板やＰ型基板に形成されたＮ型ウェルであり、光電荷保存領域(PD)は、Ｐ型不純物でドープされる。
共通フォトゲート(CPG)には、フォトゲート電圧(VPG)が与えられ、復調転送ゲート(TGA、TGB)には、復調信号(STGA、STGB)がそれぞれ与えられる。復調信号(STGA、STGB)は、互いに異なる位相を有し、集光周期の間に、復調信号(STGA、STGB)の位相に相当する光電荷が、フローティング拡散領域(FDA、FDB)にそれぞれ伝達される。
オーバーフローゲート(OG1、OG2)には、オーバーフローゲート電圧(VOG)が与えられ、ドレイン領域(DR1、DR2)には、電源電圧(VDD)が与えられる。集光区間の間に、オーバーフローゲート電圧(VOG)は、共通フォトゲート(CPG)により収集された光電荷の排出を遮断するためのターンオフ電圧レベルを有し、集光区間以外の区間では、オーバーフローゲート電圧(VOG)は、前記光電荷を排出するためのターンオン電圧レベルを有する。集光区間以外の区間では、前記ターンオン電圧レベルにより、光電荷保存領域(PD)とドレイン領域(DR1、DR2)の間の半導体基板１０にチャンネルが形成され、収集された光電荷が電源電圧(VDD)の端子に排出される。このようなオーバーフローゲート(OG1、OG2)を用いて、グローバルシャッター機能を具現化することができる。
ＴＯＦ(Time-Of-Flight)光感知装置では、被写体までの距離を算出するために、被写体により反射して入射する光を測定する。このために、一般に互いに異なる位相に相当する２つのタブ(2-tap)又は４つのタブ(4-tap)を用いたロックイン型の検出方式が多く利用される。
一般に、ロックイン型の検出において、このようなタブは、被写体に照射される送信光と１８０度(２タブの場合)又は９０度(４タブの場合)の位相差を有し、正弦波又はデューティ比５０％のパルストレイン信号が用いられる。そして、ロックイン型の検出のためには、光電荷保存領域及び/又は光電荷生成領域が複数のフローティング拡散領域により共有されるマルチタブ構造の距離ピクセルが用いられる。
図２ａ及び図２ｂの垂直構造と比較して、図３ａ及び図３ｂの垂直構造では、半導体基板１０は、不純物が互いに異なる濃度及び/又は異なる導電型でドープして区別される複数の領域１３、１４、１５を含む。例えば、半導体基板１０がＰタイプの導電型である場合、半導体基板１０は、上から順次、Ｎ－領域１３、Ｐ－領域１４、及びＰ＋領域１５を含む。Ｐ－領域１４は、Ｎ－領域１３と反対導電型の不純物でドープされたことを示し、Ｐ＋領域１５は、Ｐ－領域１４よりも不純物濃度が高いことを示す。７００ｎｍ～８５０ｎｍの波長を有する近赤外線(NIR: Near Infrared Radiation)がタイムオブフライトセンサの送信光として用いられる場合、Ｎ型半導体基板よりは、Ｐ型半導体基板が利用可能である。
距離ピクセル(PX)に入射された光子は、Ｐ－領域１４に浸透して、電子正孔対を生成する。すなわち、Ｐ－領域１４は、主たる光電荷生成領域に該当する。生成された少数キャリアとしての光電子は、Ｎ－領域１３とＰ－領域１４の境界に該当するＮ－Ｐ接合の空乏領域へ移動し、共通フォトゲート(CPG)により収集される。この時、Ｐ－領域１４の下部に、不純物濃度がより大きいＰ＋領域１５が位置することで、Ｐ－領域１４とＰ＋領域１５の境界付近に生成された光電子は、Ｎ－Ｐ接合領域に移動しようとする傾向が大きくなる。
実施例によって、Ｎ－領域１３は、Ｐ領域に置換可能である。Ｐ－領域１４よりも高い濃度を形成して、ゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)がターンオフ状態であるとき、光電子をよりよく遮断し、ゲート(CPG、TGA、TGB、OG1、OG2)がターンオン状態でのみ伝送されるように設定することもできる。
このように不純物が互いに異なる濃度でドープして区別される複数の光電荷生成領域１３、１４、１５を、半導体基板１０に形成することで、単位ピクセル１００ｂの感度をより一層向上させることができる。一方、複数の光電荷生成領域１３、１４、１５に加えて、前述したようなフォトダイオードのような光電荷保存領域(PD)がさらに形成される。
図４は、本発明の実施例による２タブ構造を有する距離ピクセルを示す回路図であり、図５は、図４の２タブ構造を有する距離ピクセルのレイアウトの一実施例を示す図である。以下、図１～図３の説明と重複する説明は、省略する。
図４及び図５に示しているように、距離ピクセル(PX1)は、第１のタブ(TA)に相当するトランジスタ(TMA、TS、TT)、第２のタブ(TB)に相当するトランジスタ(TMB、TS、TT)、読出回路に相当するトランジスタ(TRS、TSF、TSL)、及び共有回路に相当する共通フォトゲート(CPG)、オーバーフローゲート(OG1、OG2)、及びフォトダイオード(PD)を含む。
トランジスタ(TMA、TMB、TS、TT、TRS)のそれぞれは、半導体基板の上部に配置されるゲート、及び前記ゲートの両側面の半導体基板の上部に形成されるソース領域及びドレイン領域を含む。トランジスタ(TMA、TMB、TS、TT、TRS)のゲートはそれぞれ、第１の復調転送ゲート(TGA)、第２の復調転送ゲート(TGB)、ストレージゲート(SG)、ＦＤ転送ゲート(TG)、及びリセットゲート(RG)に該当する。
共通フォトゲート(CPG)には、フォトゲート電圧(VPG)が与えられ、オーバーフローゲート(OG1、OG2)には、オーバーフローゲート電圧(VOG)が与えられ、ストレージゲート(SG)には、ストレージ制御信号(SSG)が与えられ、ＦＤ転送ゲート(TG)には、ＦＤ転送制御信号(STG)が与えられ、リセットゲート(RG)には、リセット信号(SRG)が与えられ、選択トランジスタ(TSL)のゲートには、選択信号(SEL)が与えられる。第１の復調転送ゲート(TGA)及び第２の復調転送ゲート(TGB)には、互いに異なる位相を有する第１の復調信号(STGA)及び第２の復調信号(STGB)がそれぞれ与えられる。
フォトゲート電圧(VPG)、オーバーフローゲート電圧(VOG)、ストレージ制御信号(SSG)、ＦＤ転送制御信号(STG)、リセット信号(SRG)、選択信号(SEL)、復調信号(STGA、STGB)は、図１０における制御部１５０の制御によって、ロウ（row）走査回路１３０から提供される。
ストレージゲート(SG)は、電荷保存構造物の１つとして、復調転送ゲート(TGA、TGB)を介して、電荷をフローティング拡散領域(FDA、FDB)へ伝達する前に、電荷を一時的に保存することができる。一実施例において、電荷保存構造物は、ストレージゲート(SG)単独で具現化される。他の実施例において、電荷保存構造物は、ストレージゲート(SG)の下部の半導体基板内にストレージダイオードが更に形成された構造でも具現化可能である。このように、距離ピクセル(PX1)内に電荷保存構造物が含まれることで、正確なＣＤＳ(Correlated Double Sampling)動作が可能となって、読出ノイズを最小化する。実施例により、ＦＤ転送ゲート(TG)及び/又はストレージゲート(SG)は、省略可能である。
フローティング拡散領域(FDA、FDB)に保存された電荷は、ソースフォロワバッファアンプの役割を果たすトランジスタ(TSF)及び選択トランジスタ(TSL)を介して、出力信号(VOUTA、VOUTB)として提供される。
図５に示しているように、１つの共通フォトゲート(CPG)が中心領域に配置され、復調転送ゲート(TGA、TGB)及びオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、共通フォトゲート(CPG)に対して、対称構造を有する。復調転送ゲート(TGA、TGB)は、距離ピクセル(PX1)の中心(CP)を通し、互いに垂直な第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して対称的に配置される。換言すると、第１の復調転送ゲート(TGA)及び第２の復調転送ゲート(TGC)は、距離ピクセル(PX1)の中心に対して、対称である。また、オーバーフローゲート(OG1、OG2)は、第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して対称的に配置される。このような対称構造により、複数のタブ間の特性偏差を減少させ、距離ピクセルのセンシング精度を向上させることができる。
図６及び図７は、図４の２タブ構造を有する距離ピクセルの動作の実施例を示すタイミング図である。
図４乃至図７に示しているように、集光区間(TINT)の間に、共通フォトゲート(CPG)に与えられるフォトゲート電圧(VPG)は、光電荷を収集するためのＤＣ電圧レベル(VDC)を有し、集光区間(TINT)の間にオーバーフローゲート(OG1、OG2)に与えられるオーバーフローゲート電圧(VOG)は、前記光電荷の排出を遮断するためのターンオフ電圧レベル(VOFF)を有する。また、集光区間(TINT)の間に、第１の復調転送ゲート(TGA)及び第２の復調転送ゲート(TGB)には、互いに異なる位相を有する第１の復調信号(STGA)及び第２の復調信号(STGB)がそれぞれ与えられる。第１の復調信号(STGA)の位相は、送信光(TL)の位相に同期化する。一実施例において、第１の復調信号(STGA)及び第２の復調信号(STGB)の位相差は、１８０度である。このように、互いに異なる位相差を有する復調信号を用いた測距方法については、図１０乃至図１２を参照して後述する。
集光区間(TINT)以外の区間、例えば、距離ピクセルを初期化するためのリセット区間(TRST)、及び集光区間(TINT)の間に収集された光電荷の量を測定するための読出区間(TRD)の間に、オーバーフローゲート電圧(VOG)は、共通フォトゲート(CPG)により収集された光電荷を排出するためのターンオン電圧レベル(VON)を有する。このように、集光区間(TINT)以外の区間で、オーバーフローゲート(OG1、OG2)を用いて電荷を排出することで、グローバルシャッターの機能を具現化することができる。
一実施例において、図６に示しているように、リセット区間(TRST)及び読出区間(TRD)の間のフォトゲート電圧(VPG)の第１のＤＣ電圧レベル(VDC)は、集光区間(TINT)の間のフォトゲート電圧(VPG)の第２のＤＣ電圧レベル(VDC')と同一である。ＤＣ電圧レベル(VDC)は、復調信号(STGA、STGB)の高電圧レベル(VH)及び低電圧レベル(VL)間の電圧レベルである。他の実施例において、図７に示しているように、リセット区間(TRST)及び読出区間(TRD)の間のフォトゲート電圧(VPG)の第２のＤＣ電圧レベル(VDC')は、集光区間(TINT)の間のフォトゲート電圧(VPG)の第１のＤＣ電圧レベル(VDC)と互いに異なることができる。集光区間(TINT)の間の第１のＤＣ電圧レベル(VDC)は、復調信号(STGA、STGB)の高電圧レベル(VH)及び低電圧レベル(VL)の間の電圧レベルである。集光区間(TINT)以外の区間では、収集された光電荷の排出のために。オーバーフローゲート(OG1、OG2)がターンオンした状態であるので、半導体基板に形成されたチャンネル上のポテンシャル分布を考えて、第２のＤＣ電圧レベル(VDC')が適宜設定される。図７には、第２のＤＣ電圧レベル(VDC')が第１のＤＣ電圧レベル(VDC)よりも高いことを示しているが、実施例によって、第２のＤＣ電圧レベル(VDC')は、第１のＤＣ電圧レベル(VDC)よりも低いこともできる。
図８は、個別的なフォトゲートを適用した２タブ構造を有する距離ピクセルを示す回路図であり、図９は、図８の２タブ構造を有する距離ピクセルの動作を示すタイミング図である。図８の距離ピクセル(PX1’)は、図４の距離ピクセル(PX1)と同様であるので、図４乃至図７と重複する説明を省略し、相違点について説明する。
図８に示しているように、距離ピクセル(PX1’)は、図４の共通フォトゲート(CPG)を代替した第１のタブ(TA)に相当する第１のフォトゲート(PGA)、及び第２のタブ(TB)に相当する第２のフォトゲート(PGB)を含む。
図８及び図９に示しているように、集光区間(TINT)の間に、第１のフォトゲート(PGA)及び第２のフォトゲート(PGB)には、互いに異なる位相を有する第１の復調信号(SPGA)及び第２の復調信号(SPGB)がそれぞれ与えられる。集光区間(TINT)の間に、第１の転送ゲート(TGA)及び第２の転送ゲート(TGB)には、一定の電圧レベルを有する第１の転送制御信号(STGA)及び第２の転送制御信号(STGB)がそれぞれ与えられる。
このように、図８の距離ピクセル(PX1’)は、複数のタブに相当する複数のフォトゲート(PGA、PGB)にトグリングする復調信号(SPGA、SPGB)が与えられる。一般に、フォトゲートは、収集される光電荷の量を増加してセンシング感度を増加するように、大きなサイズを有する。そこで、大面積を有するフォトゲートにトグリングする復調信号(SPGA、SPGB)を与える場合、消耗電力が増加する。一方、本発明の実施例による図４の距離ピクセル(PX1)は、共通フォトゲート(CPG)には一定のＤＣ電圧が与えられ、相対的に小さい面積を有する復調転送ゲート(TGA)には復調信号(STGA、STGB)が与えられることで、図８の距離ピクセル(PX1’)と比較して、消耗電力を減少することができる。
一方、図８の距離ピクセル(PX1’)は、フォトゲートの数に比例して、フォトゲートを駆動するための信号ラインの数が増加する。信号ラインの数の増加は、製造工程上の制約で作用し、このような制約により、距離ピクセルのサイズを減少することが制限される。一方、本発明の実施例による図４の距離ピクセル(PX1)は、共通フォトゲート(CPG)を適用することで、タブ数によらず、共通フォトゲート(CPG)を駆動するための１つの信号ラインが求められるので、製造工程上の制約を緩和して、距離ピクセルのサイズを減少することができる。
このように、本発明の実施例による距離ピクセルは、１つの共通フォトゲートを適用することで、距離ピクセル、及び前記距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサの消耗電力及びサイズを減少することができる。
図１０は、本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサを示すブロック図である。
図１０に示しているように、タイムオブフライトセンサ１００は、感知部と、制御部１５０と、光源モジュール２００とを含む。前記感知部は、ピクセルアレイ１１０と、アナログ・デジタル変換(ADC)部１２０と、ロウ（row）走査回路１３０と、カラム（column）走査回路１４０とを含む。
ピクセルアレイ１１０は、光源モジュール２００より送信された光(TL)が、被写体(OBJ)から反射して受信された光(RL)を、電気的な信号に変換する距離ピクセル(depth pixel)を含む。前記距離ピクセルは、モノクロ画像情報と共に、タイムオブフライトセンサ１００から被写体(OBJ)の距離に関する情報を提供することができる。
ピクセルアレイ１１０は、カラー画像情報を提供するカラーピクセルを更に含む。この場合、タイムオブフライトセンサ１００は、前記カラー画像情報及び前記距離情報を同時に提供する３次元カラーイメージセンサである。一実施例において、赤外線(又は、近赤外線)フィルタが、前記距離ピクセル上に形成され、カラーフィルタ(例えば、赤、緑、青フィルタ)が、前記カラーピクセル上に形成される。実施例によって、前記距離ピクセルと前記カラーピクセルの数の比は、変更することができる。
ＡＤＣ部１２０は、ピクセルアレイ１１０から出力されるアナログ信号を、デジタル信号へ変換する。実施例によって、ＡＤＣ部１２０は、各カラムライン毎に接続されたアナログ・デジタル変換器を用いて、アナログ信号を並列に変換するカラムＡＤＣを行うか、単一のアナログ・デジタル変換器を用いて、前記アナログ信号を順次変換する単一ＡＤＣを行う。
実施例によって、ＡＤＣ部１２０は、有効信号成分を抽出するための相関二重サンプリング(CDS)部を含む。一実施例において、前記ＣＤＳ部は、リセット成分を示すアナログリセット信号と、信号成分を示すアナログデータ信号との差に基づいて、前記有効信号成分を抽出するアナログ二重サンプリングを行う。
他の実施例において、前記ＣＤＳ部は、前記アナログリセット信号と前記アナログデータ信号をデジタル信号へそれぞれ変換した後、前記有効信号成分として、２つのデジタル信号の差を抽出するデジタル二重サンプリングを行う。
また、他の実施例において、前記ＣＤＳ部は、前記アナログ二重サンプリング及び前記デジタル二重サンプリングをいずれも行うデュアル相関二重サンプリングを行うことができる。
ロウ走査回路１３０は、制御部１５０から制御信号を受信して、ピクセルアレイ１１０のロウアドレス及びロウ走査を制御する。ロウ走査回路１３０は、ロウラインから該当ロウラインを選択するために、該当ロウラインを活性化させる信号を、ピクセルアレイ１１０に与える。一実施例において、ロウ走査回路１３０は、ピクセルアレイ１１０内のロウラインを選択するロウデコーダと、選択されたロウラインを活性化させる信号を供給するロウドライバとを含む。
カラム走査回路１４０は、制御部１５０から制御信号を受信して、ピクセルアレイ１１０のカラムアドレス及びカラム走査を制御する。カラム走査回路１４０は、ＡＤＣ部１２０より出力されるデジタル出力信号、すなわち、サンプルデータ(SDATA)を、デジタル信号処理回路(図示せず)、又は外部のホスト(図示せず)へ出力する。例えば、カラム走査回路１４０は、水平走査制御信号をＡＤＣ部１２０に出力することで、ＡＤＣ部１２０内の複数のアナログ・デジタル変換器を順次選択することができる。
一実施例において、カラム走査回路１４０は、複数のアナログ・デジタル変換器の中の１つを選択するカラムデコーダと、選択されたアナログ・デジタル変換器の出力を水平転送線に誘導するカラムドライバとを含む。一方、前記水平転送線は、前記デジタル出力信号を出力するためのビット幅を有する。
制御部１５０は、ＡＤＣ部１２０、ロウ走査回路１３０、カラム走査回路１４０、及び光源モジュール２００を制御する。制御部１５０は、ＡＤＣ部１２０、ロウ走査回路１３０、カラム走査回路１４０、及び光源モジュール２００の動作に要求されるクロック信号、タイミングコントロール信号などのような制御信号を供給する。一実施例において、制御部１５０は、ロジック制御回路、位相固定ループ(PLL)回路、タイミング制御回路、及び通信インタフェース回路などを含む。
光源モジュール２００は、所定の波長を有する光(例えば、赤外線又は近赤外線)を出力する。光源モジュール２００は、光源２１０と、レンズ２２０とを含む。光源２１０は、制御部１５０で制御されることで、強さが周期的に変わる光(TL)を出力することができる。
例えば、光(TL)の強さは、連続したパルスを有するパルス波、正弦波、余弦波などのような形態を有するように変調される。光源２１０は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオードなどで具現化することができる。
以下、本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサ１００の動作を説明する。
制御部１５０は、周期的に変わる強さを有する光(TL)を出力するように、光源モジュール２００を制御する。光源モジュール２００より放出された光(TL)は、被写体(OBJ)で反射され、受信光(RL)として、前記距離ピクセルに入射される。前記距離ピクセルは、ロウ走査回路１３０により活性化され、受信光(RL)に相当するアナログ信号を出力する。ＡＤＣ部１２０は、前記距離ピクセルから出力されたアナログ信号を、デジタルデータ、すなわち、サンプルデータ(SDATA)に変換することができる。サンプルデータ(SDATA)は、カラム走査回路１４０により、制御部１５０に提供することもできる。
制御部１５０又は外部のプロセッサは、サンプルデータ(SDATA)に基づいて、タイムオブフライトセンサ１００から、被写体(OBJ)の距離、被写体(OBJ)の水平位置、被写体(OBJ)の垂直位置及び/又は被写体(OBJ)の面積などを計算する。制御部１５０は、測定された被写体(OBJ)の距離、水平位置、垂直位置及び/又は面積に基づいて、光源モジュール２００より放出される光(TL)の拡散角、照射位置などを制御する。例えば、制御部１５０は、光源２１０とレンズ２２０の間隔、光源２１０とレンズ２２０の相対的位置、レンズ２２０の屈折率、レンズ２２０の曲率などを調節する。
被写体(OBJ)に相当する領域に照射された光(TL)は、被写体(OBJ)より反射して、前記距離ピクセルに再度入射される。前記距離ピクセルは、受信光(RL)に相当するアナログ信号を出力し、ＡＤＣ部１２０は、前記距離ピクセルから出力されたアナログ信号を、デジタルデータ、すなわちサンプルデータ(SDATA)に変換する。サンプルデータ(SDATA)は、制御部１５０又は外部のプロセッサにより、距離情報に変換され、前記距離情報は、デジタル信号処理回路又は外部のホストへ提供される。実施例によって、ピクセルアレイ１１０は、カラーピクセルを含み、前記デジタル信号処理回路又は前記ホストには、前記距離情報と共に、カラー画像情報が提供される。
図１１及び図１２は、タイムオブフライトセンサにより、被写体の距離の測定及び計算の一例を説明するための図である。
図１０及び図１１に示しているように、光源モジュール２００より放出された光(TL)は、周期的に変わる強さを有する。例えば、放出された光(TL)の強さ(すなわち、単位面積当たりの光子の数)は、正弦波の形状を有する。
光源モジュール２００より放出された光(TL)は、被写体(OBJ)より反射して、受信光(RL)としてピクセルアレイ１１０に入射される。ピクセルアレイ１１０は、受信光(RL)を周期的にサンプリングする。実施例によって、ピクセルアレイ１１０は、受信光(RL)の各周期(すなわち、放出された光(TL)の周期)毎に、１８０度の位相差を持つ２つのサンプリングポイント、それぞれ９０度の位相差を持つ４つのサンプリングポイント、又はそれ以上のサンプリングポイントで、受信光(RL)をサンプリングする。例えば、ピクセルアレイ１１０は、周期毎に放出された光(TL)の９０度、１８０度、２７０度、及び３６０度の位相で、受信光(RL)のサンプル(A0、A1、A2、A3)を抽出する。サンプル(A0、A1、A2、A3)に基づいて、送信光(TL)及び受信光(RL)の位相差を計算し、前記位相差に基づいて、被写体までの距離を計算することができる。
受信光(RL)は、更なる背景光、ノイズなどにより、光源モジュール２００より放出された光(TL)のオフセットと異なるオフセット(B)を有する。受信光(RL)のオフセット(B)は、数式１のように計算される。
Figure 2022019558000002
ここで、Ａ０は、放出された光(TL)の９０度の位相でサンプリングされた受信光(RL)の強さ、Ａ１は、放出された光(TL)の１８０度の位相でサンプリングされた受信光(RL)の強さ、Ａ２は、放出された光(TL)の２７０度の位相でサンプリングされた受信光(RL)の強さ、Ａ３は、放出された光(TL)の３６０度の位相でサンプリングされた受信光(RL)の強さを表す。
受信光(RL)は、光ロスにより、光源モジュール２００より放出された光(TL)の振幅よりも小さい振幅(A)を有する。受信光(RL)の振幅(A)は、数式２のように計算される。
Figure 2022019558000003
ピクセルアレイ１１０に含まれた距離ピクセルのそれぞれに対する受信光(RL)の振幅(A)に基づいて、被写体(OBJ)に対するモノクロ画像情報が提供される。
受信光(RL)は、放出された光(TL)に対して、タイムオブフライトセンサ１００から被写体(OBJ)の距離の２倍に相当する位相差(φ)だけ遅延される。放出された光(TL)に対する受信光(RL)の位相差(φ)は、数式３のように計算される。
Figure 2022019558000004
放出された光(TL)に対する受信光(RL)の位相差(φ)は、光のタイムオブフライト(ToF)に相当する。タイムオブフライトセンサ１００から被写体(OBJ)の距離は、数式“Ｒ＝ｃ＊ＴｏＦ/２”(ここで、Ｒは、被写体(OBJ)の距離、ｃは、光の速度を表す)を用いて計算される。また、タイムオブフライトセンサ１００から被写体(OBJ)の距離は、受信光(RL)の位相差(φ)を用いて、数式４のように計算される。
Figure 2022019558000005
ここで、ｆは、変調周波数、すなわち、放出された光(TL)(又は、受信光(RL))の周波数を表す。
図１１には、正弦波の形状を有するように変調された光(TL)を用いた例が示されているが、実施例によって、タイムオブフライトセンサ１００は、様々な形態の変調した光(TL)を利用することができる。また、タイムオブフライトセンサ１００は、光(TL)の強さの波形、距離ピクセルの構造などによって、様々な方式で距離情報を抽出することができる。
図１２は、４タブ構造を有する距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサのタイミング図である。図１２は、タイムオブフライトセンサにおいて、変調タイミングと復調タイミング、すなわち、復調信号の制御タイミング動作を説明するために使用され、タイムオブフライトセンサの動作は、様々に変更される。
図１２に示しているように、光源から出力される送信光(TL)は、図１０の制御部１５０から提供される信号に同期して出力される。第１乃至第４の復調信号(DEM1～DEM4)は、制御部１５０から提供される信号に同期して出力される。第１乃至第４の復調信号(DEM1～DEM4)はそれぞれ、送信光(TL)と０度、９０度、１８０度、２７０度の位相差を有する。結果として、このような第１乃至第４の復調信号(DEM1～DEM4)を用いて、図１１を参照して説明したように、送信光(TL)の９０度、１８０度、２７０度、及び３６０度の位相より、受信光(RL)のサンプル(A0、A1、A2、A3)を抽出することができる。
図１２には、復調信号の位相、すなわち、第１の復調信号(DEM1)の位相が、送信光(TL)の位相と同一である場合が示されている。本発明の実施例により、第１乃至第４の復調信号(DEM1～DEM4)は、共通フォトゲート(CPG)を中心に対称的に配置される第１乃至第４の復調転送ゲートにそれぞれ与えられる。
図１１及び図１２は、本発明の実施例によるタイムオブフライトセンサの距離測定の原理を説明するためのものであり、本発明の実施例がこれに限定されるのではない。送信光(TL)のデューティ比、及び復調信号(DEM1～DEM4)の数、位相差、及びデューティ比は、様々に変更可能である。
図１３は、本発明の実施例による４タブ構造を有する距離ピクセルを示す回路図であり、図１４は、図１３の４タブ構造を有する距離ピクセルのレイアウトの一実施例を示す図である。
図１３及び図１４に示しているように、距離ピクセル(PX2)は、第１のタブ(TA)に相当するトランジスタ(TMA、TS1、TT1)、第２のタブ(TB)に相当するトランジスタ(TMB、TS1、TT1)、第３のタブ(TC)に相当するトランジスタ(TMC、TS2、TT2)、第４のタブ(TD)に相当するトランジスタ(TMD、TS2、TT2)、読出回路に相当するトランジスタ(TRS1、TRS2、TSF1、TSF2、TSL1、TSL2)、及び共有回路に相当する共通フォトゲート(CPG)、オーバーフローゲート(OG1、OG2)、及びフォトダイオード(PD)を含む。
トランジスタ(TMA、TMB、TMC、TMD、TS1、TS2、TT1、TT2、TRS1、TRS2)のそれぞれは、半導体基板の上部に配置されるゲート、及び前記ゲートの両側面の半導体基板の上部に形成されるソース領域及びドレイン領域を含む。トランジスタ(TMA、TMB、TMC、TMD、TS1、TS2、TT1、TT2、TRS1、TRS2)のゲートはそれぞれ、第１の復調転送ゲート(TGA)、第２の復調転送ゲート(TGB)、第３の復調転送ゲート(TGC)、第４の復調転送ゲート(TGD)、ストレージゲート(SG1、SG2)、ＦＤ転送ゲート(TG1、TG2)、及びリセットゲート(RG1、RG2)に該当する。
共通フォトゲート(CPG)には、フォトゲート電圧(VPG)が与えられ、オーバーフローゲート(OG1、OG2)には、オーバーフローゲート電圧(VOG)が与えられ、ストレージゲート(SG1、SG2)には、ストレージ制御信号(SSG1、SSG2)が与えられ、ＦＤ転送ゲート(TG1、TG2)には、ＦＤ転送制御信号(STG1、STG2)が与えられ、リセットゲート(RG1、RG2)には、リセット信号(RG1、RG2)が与えられ、選択トランジスタ(TSL1、TSL2)のゲートには、選択信号(SEL1、SEL2)が与えられる。第１の復調転送ゲート(TGA)、第２の復調転送ゲート(TGB)、第３の復調転送ゲート(TGC)、及び第４の復調転送ゲート(TGD)には、互いに異なる位相を有する第１の復調信号(STGA)、第２の復調信号(STGB)、第３の復調信号(STGC)、及び第４の復調信号(STGD)がそれぞれ与えられる。
フォトゲート電圧(VPG)、オーバーフローゲート電圧(VOG)、ストレージ制御信号(SSG1、SSG2)、ＦＤ転送制御信号(STG1、STG2)、リセット信号(RG1、RG2)、選択信号(SEL1、SEL2)、復調信号(STGA、STGB、STGC、STGD)は、図１０の制御部１５０の制御により、ロウ走査回路１３０から提供される。
ストレージゲート(SG1、SG2)は、電荷保存構造物の１つであって、復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGCD)を介して、電荷をフローティング拡散領域(FDA、FDB、FDC、FDD)へ伝達する前に、電荷を一時的に保存することができる。一実施例において、電荷保存構造物は、ストレージゲート(SG1、SG2)単独で具現化可能である。他の実施例において、電荷保存構造物は、ストレージゲート(SG1、SG2)の下部の半導体基板内に、ストレージダイオードが更に形成された構造としても具現化可能である。このように、距離ピクセル(PX2)内に電荷保存構造物が含まれることで、正確なＣＤＳ動作が可能となり、読出ノイズを最小化する。実施例によって、ＦＤ転送ゲート(TG1、TG2)及び/又はストレージゲート(SG1、SG2)は、省略可能である。
フローティング拡散領域(FDA、FDB、FDC、FDD)に保存された電荷は、ソースフォロワバッファアンプの役割を果たすトランジスタ(TSF1、TSF2)、及び選択トランジスタ(TSL1、TSL2)を介して、出力信号(VOUTA、VOUTB、VOUTC、VOUTD)として提供される。
図１４に示しているように、１つの共通フォトゲート(CPG)が中心領域に配置され、復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)、及びオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、共通フォトゲート(CPG)に対して、対称構造を有する。復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)は、距離ピクセル(PX2)の中心(CP)を通し、互いに垂直な第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。換言すると、第１の復調転送ゲート(TGA)及び第３の復調転送ゲート(TGC)は、距離ピクセル(PX2)の中心に対して対称であり、第２の復調転送ゲート(TGB)及び第４の復調転送ゲート(TGD)は、距離ピクセル(PX2)の中心に対して、対称である。また、オーバーフローゲート(OG1、OG2)は、第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。このような対称構造により、複数のタブ間の特性偏差を減少させ、距離ピクセルのセンシング精度を向上させることができる。
図１５は、図１３の４タブ構造を有する距離ピクセルの動作の一実施例を示すタイミング図である。
図１３乃至図１５に示しているように、集光区間(TINT)の間に、共通フォトゲート(CPG)に与えられるフォトゲート電圧(VPG)は、光電荷を収集するためのＤＣ電圧レベル(VDC)を有し、集光区間(TINT)の間に、オーバーフローゲート(OG1、OG2)に与えられるオーバーフローゲート電圧(VOG)は、前記光電荷の排出を遮断するためのターンオフ電圧レベル(VOFF)を有する。また、集光区間(TINT)の間に、第１の復調転送ゲート(TGA)、第２の復調転送ゲート(TGB)、第３の復調転送ゲート(TGC)、及び第４の復調転送ゲート(TGD)には、互いに異なる位相を有する第１の復調信号(STGA)、第２の復調信号(STGB)、第３の復調信号(STGC)、及び第４の復調信号(STGD)がそれぞれ与えられる。第１の復調信号(STGA)の位相は、送信光(TL)の位相に同期化される。一実施例において、第１の復調信号(STGA)及び第２の復調信号(STGB)の位相差は、９０度であり、第１の復調信号(STGA)及び第３の復調信号(STGC)の位相差は、１８０度であり、第１の復調信号(STGA)及び第４の復調信号(STGD)の位相差は、２７０度である。このように互いに異なる位相差を有する復調信号を用いた測距方法については、図１０乃至図１２を参照して説明した方法と同様である。
集光区間(TINT)以外の区間、例えば、距離ピクセルを初期化するためのリセット区間(TRST)、及び集光区間(TINT)の間に収集された光電荷の量を測定するための読出区間(TRD)の間にオーバーフローゲート電圧(VOG)は、共通フォトゲート(CPG)により収集された光電荷を排出するためのターンオン電圧レベル(VON)を有する。このように、集光区間(TINT)以外の区間で、オーバーフローゲート(OG1、OG2)を用いて電荷を排出することで、グローバルシャッター機能を具現化することができる。
一実施例において、図１５に示しているように、リセット区間(TRST)及び読出区間(TRD)の間のフォトゲート電圧(VPG)のＤＣ電圧レベル(VDC)は、集光区間(TINT)の間のフォトゲート電圧(VPG)のＤＣ電圧レベル(VDC)と同一である。ＤＣ電圧レベル(VDC)は、復調信号(STGA、STGB)の高電圧レベル(VH)及び低電圧レベル(VL)の間の電圧レベルである。他の実施例において、図７を参照して説明したように、リセット区間(TRST)及び読出区間(TRD)の間のフォトゲート電圧(VPG)の第２のＤＣ電圧レベル(VDC')は、集光区間(TINT)の間のフォトゲート電圧(VPG)の第１のＤＣ電圧レベル(VDC)と互いに異なる。集光区間(TINT)の間の第１のＤＣ電圧レベル(VDC)は、復調信号(STGA、STGB)の高電圧レベル(VH)及び低電圧レベル(VL)の間の電圧レベルである。集光区間(TINT)以外の区間では、収集された光電荷の排出のために、オーバーフローゲート(OG1、OG2)がターンオンされた状態であるので、半導体基板に形成されたチャンネル上のポテンシャル分布を考えて、第２のＤＣ電圧レベル(VDC')が適宜設定される。
図１６及び図１７は、本発明の実施例による距離ピクセルのフローティング拡散領域の共有に対する実施例を示す図である。
図１６の距離ピクセル(PX3)は、図１３及び図１４を参照して説明した４タブ構造を有する距離ピクセル(PX2)とレイアウトが異なることを除き、実質的に同一であるので、重複する説明は省略する。
距離ピクセル(PX3)は、１つの共通フォトゲート(CPG)が中心領域に配置され、復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)及びオーバーフローゲート(OG1、OG2)は、共通フォトゲート(CPG)に対して、対称構造を有する。復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)は、距離ピクセル(PX3)の中心(CP)を通し、互いに垂直な第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。換言すると、第１の復調転送ゲート(TGA)及び第３の復調転送ゲート(TGC)は、距離ピクセル(PX3)の中心に対して対称であり、第２の復調転送ゲート(TGB)及び第４の復調転送ゲート(TGD)は、距離ピクセル(PX3)の中心に対して対称である。また、オーバーフローゲート(OG1、OG2)は、第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。このような対称構造により、複数のタブ間の特性偏差を減少させ、距離ピクセルのセンシング精度を向上させることができる。
図１６に示しているように、第１のタブに相当する第１のフローティング拡散領域(FDA)、及び第２のタブに相当する第２のフローティング拡散領域(FDB)は、導電経路(LN1)を介して、互いに電気的に接続され、第３のタブに相当する第３のフローティング拡散領域(FDC)、及び第４のタブに相当する第４のフローティング拡散領域(FDD)は、導電経路(LN2)を介して、互いに電気的に接続される。導電経路(LN1、LN2)は、半導体基板上部の導電層に形成される導電ライン及びビアのような垂直コンタクトを含む。
この場合、第１のタブに相当する第１の復調転送ゲート(TGA)、及び第２のタブに相当する第２の復調転送ゲート(TGB)には、第１の位相を有する同一の復調信号が与えられ、第３のタブに相当する第３の復調転送ゲート(TGC)、及び第４のタブに相当する第４の復調転送ゲート(TGD)には、前記第１の位相と異なる第２の位相を有する同一の復調信号が与えられる。このように、複数のフローティング拡散領域のうち、少なくとも２つのフローティング拡散領域を互いに電気的に接続することで、距離ピクセルのセンシング感度を増加することができる。
図１７には、図示の便宜のために、第１の水平方向(X)及び第２の水平方向(Y)に隣接する４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)を示しているが、図１０のピクセルアレイ１１０には、より多くの距離ピクセルが同一方式で配列され得る。
図１７に示しているように、互いに隣接する４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)は、１つの共有フローティング拡散領域を共有することができる。例えば、第２のタブに相当する１つのフローティング拡散領域(FDB)に隣接し、４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)にそれぞれ含まれるタブはいずれも、同一位相の復調信号に相当するタブである。換言すると、４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)にそれぞれ含まれる４つの第２の復調転送ゲート(TGB)には、同一位相を有する第２の復調信号が与えられ、４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)により収集された第２の復調信号に相当する光電荷が、中央のフローティング拡散領域(FDB)に合わせられる。このような方式で、第１のタブに相当する第１の共有フローティング拡散領域(FDA)、第２のタブに相当する第２の共有フローティング拡散領域(FDB)、第３のタブに相当する第３の共有フローティング拡散領域(FDC)、第４のタブに相当する第４の共有フローティング拡散領域(FDD)のそれぞれには、隣接する４つのピクセルにより収集された光電荷が合わせられる。このように、複数の距離ピクセルがフローティング拡散領域を共有する構造により、距離ピクセルのセンシング感度を増加させる。
図１８乃至図１９は、本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。
図１８ａ乃至図１８ｃに示しているように、４タブ構造を有する距離ピクセル(PX4、PX5、PX6)は、中心領域に配置される共通フォトゲート(CPG)と第１乃至第４のタブにそれぞれ相当する第１乃至第４の復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)、及び複数のオーバーフローゲート(OG)を含む。図示の便宜のために、その他の構成要素は、省略している。
第１乃至第４の復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)は、距離ピクセルの中心(CP)を通し、互いに垂直な第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。また、複数のオーバーフローゲート(OG)は、第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。このような対称構造により、複数のタブ間の特性偏差を減少させ、距離ピクセルのセンシング精度を向上させることができる。
図１８ａ乃至図１８ｃに示しているように、共通フォトゲート(CPG)の形態は、様々に変更される。共通フォトゲート(CPG)の形態によって、第１乃至第４の復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)が対称構造を有するように、適切な位置に配置され、様々な個数の複数のオーバーフローゲート(OG)が対称構造を有するように、適切な位置に配置される。
図１９ａ乃至図１９ｃに示しているように、２タブ構造を有する距離ピクセル(PX7、PX8、PX9)は、中心領域に配置される共通フォトゲート(CPG)と第１及び第２のタブにそれぞれ相当する第１及び第２の復調転送ゲート(TGA、TGB)、及び複数のオーバーフローゲート(OG)を含む。図示の便宜のために、その他の構成要素は、省略している。
第１乃至第２の復調転送ゲート(TGA、TGB)は、距離ピクセルの中心(CP)を通し、互いに垂直な第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、又は中心(CP)に対して、対称的に配置される。また、複数のオーバーフローゲート(OG)は、第１の水平ライン(HLX)及び第２の水平ライン(HLY)のそれぞれに対して、対称的に配置される。このような対称構造により、複数のタブ間の特性偏差を減少させ、距離ピクセルのセンシング精度を向上させることができる。
図１９ａ乃至図１９ｃに示しているように、共通フォトゲート(CPG)の形態は、様々に変更可能である。共通フォトゲート(CPG)の形態により、第１及び第２の復調転送ゲート(TGA、TGB)が対称構造を有するように、適切な位置に配置され、様々な個数の複数のオーバーフローゲート(OG)が対称構造を有するように、適切な位置に配置される。
図２０は、本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図であり、図２１ａ及び２１ｂは、図２０の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの実施例を示す斜視図である。以下、前述した説明と重複する説明を省略し、共通フォトゲート(CPG)の構造について説明する。
図２０、図２１ａ、及び図２１ｂに示しているように、距離ピクセル(PX10)は、中心領域に配置される共通フォトゲート(CPG)と、共通フォトゲート(CPG)に対して対称的に配置される複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)とを含む。
共通フォトゲート(CPG)は、水平フォトゲート(PPG)、及び１つ以上の垂直フォトゲート(ZPG)を含む。水平フォトゲート(PPG)は、半導体基板(SUB)の上面と平行に板状に形成され、半導体基板(SUB)の上部に配置される。垂直フォトゲート(ZPG)は、水平フォトゲート(PPG)の下面に接続され、半導体基板(SUB)の上面と垂直な垂直方向(Z)に長く延設される。垂直フォトゲート(ZPG)は、半導体基板(SUB)の深い位置に形成されるフォトダイオード(PD)に近接する位置まで延在する。垂直フォトゲート(ZPG)は、半導体基板(SUB)の上部領域に形成された１つ以上のトレンチ(TRC)の内部に配置される。トレンチ(TRC)の内部は、誘電体物質で充填される。
このように、半導体基板(SUB)及び共通フォトゲート(CPG)の表面積を増加させ、垂直フォトゲート(ZPG)を深い位置に形成されるフォトダイオード(PD)に近接するように延在することで、光電荷の収集を促進することができる。特に、図２１に示しているような複数の垂直フォトゲート(ZPG)を有する構造の場合は、トレンチ(TRC)間の電界が強化されて、光電荷の収集をより促進することができる。
図２２は、本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図であり、図２３ａ及び図２３ｂは、図２２の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの実施例を示す斜視図である。
図２２、図２３ａ及び図２３ｂに示しているように、距離ピクセル(PX11)は、中心領域に配置される共通フォトゲート(CPG)と、共通フォトゲート(CPG)に対して対称的に配置される複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)とを含む。
共通フォトゲート(CPG)は、半導体基板(SUB)の上面と垂直な垂直方向に長く延設され、前記半導体基板の上部領域に形成された１つ以上のトレンチ(TRC)の内部に配置される１つ以上の垂直フォトゲート(ZPG)を含む。図２２の距離ピクセル(PX11)は、図２０の距離ピクセル(PX10)と比較して、水平フォトゲート(PPG)が省略したことを除き、実質的に同一であるので、重複する説明を省略する。
図２３ｂの場合のように、共通フォトゲート(CPG)が水平フォトゲートなしに、複数の垂直フォトゲート(ZPG)を含む場合、複数の垂直フォトゲート(ZPG)は、半導体基板(SUB)上部の導電層に形成される導電ライン及びビアのような垂直コンタクトを介して、互いに電気的に接続される。
図２４乃至図２７は、本発明の実施例による距離ピクセルのレイアウトを示す図である。
図２４には、４タブ構造を有し、共通フォトゲートが水平フォトゲート(PPG)、及び１つ以上の垂直フォトゲート(ZPG)を含む距離ピクセル(PX21～PX24)が示されている。図２５には、２タブ構造を有し、共通フォトゲートが水平フォトゲート(PPG)及び１つ以上の垂直フォトゲート(ZPG)を含む距離ピクセル(PX25～PX28)が示されている。
図２６には、４タブ構造を有し、共通フォトゲートが水平フォトゲート(PPG)を除き、１つ以上の垂直フォトゲート(ZPG)だけを含む距離ピクセル(PX31～PX33)が示されている。図２７には、２タブ構造を有し、共通フォトゲートが水平フォトゲート(PPG)を除き、１つ以上の垂直フォトゲート(ZPG)だけを含む距離ピクセル(PX34～PX36)が示されている。
図２４乃至図２７に示しているように、共通フォトゲートの形態は、様々に変更される。共通フォトゲート、又は共通フォトゲートが形成される中心領域の形態によって、復調転送ゲート(TGA、TGB、TGC、TGD)が対称構造を有するように、適切な位置に配置され、様々な個数の垂直フォトゲート(ZPG)が前記中心領域内に対称構造を有するように、適切な位置に配置される。
図２８は、本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図であり、図２９は、図２８の距離ピクセルに含まれる共通フォトゲートの一実施例を示す斜視図である。以下、前述した説明と重複する説明を省略し、共通フォトゲート(CPG)の構造について説明する。
図２８及び図２９に示しているように、距離ピクセル(PX10)は、中心領域に配置される共通フォトゲート(CPG)と、共通フォトゲート(CPG)に対して対称的に配置される複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)とを含む。
共通フォトゲート(CPG)は、半導体基板(SUB)の上面と平行に板状に形成され、半導体基板(SUB)の上部に配置される水平フォトゲート(PPG)を含む。
一実施例において、水平フォトゲート(PPG)の下面は、入射光の反射及び散乱を誘導するための凹凸構造(CRSTR)を有する。凹凸構造(CRSTR)を用いて、入射光の反射及び散乱を誘導することができ、光を半導体基板(SUB)に更に留まるようにして、センシング感度を向上させることができる。
図３０ａ乃至図３２は、本発明の実施例による距離ピクセルを示す断面図である。図３０ａ乃至図３２には、半導体基板(SUB)の下面１２を介して、光が入射される裏面照射(BSI、backside illumination)に相当する構造が示されている。
図３０ａ乃至図３１ｃに示しているように、距離ピクセル(PX51～PX56)はそれぞれ、半導体基板(SUB)の上面１１に隣接して配置される共通フォトゲート(CPG)、及び複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)を含む。共通フォトゲート(CPG)及び複数の復調転送ゲート(TGA、TGB)は、前述した構成と同様であるので、重複する説明を省略する。
距離ピクセル(PX51～PX56)はそれぞれ、反射防止膜(RFL)、平坦化膜(PNL)、及びマイクロレンズ(MLN)を更に含む。
反射防止膜(RFL)は、光が入射される半導体基板(SUB)の下面１２に隣接して配置される。反射防止膜(RFL)は、半導体基板(SUB)の内部で散乱又は反射した光を再度反射して、光を半導体基板(SUB)に更に留まるようにして、センシング感度を向上させることができる。例えば、反射防止膜(RFL)は、固定電荷膜及び酸化膜が積層された積層構造となり、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法による高誘電率(High-k)の絶縁薄膜を用いて形成される。例えば、酸化ハフニウム(HfO2)や、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、STO(Strontium Titan Oxide)などを用いることができる。
平坦化膜(PNL)は、反射防止膜(RFL)の下面に隣接して配置される。例えば、平坦化膜(PNL)は、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁膜、又は、樹脂などの有機材料によって形成される。
マイクロレンズ(MLN)は、平坦化膜(PNL)の下面に隣接して配置される。マイクロレンズ(MLN)により集光された光は、フォトダイオード(PD)に集中する。例えば、マイクロレンズ(MLN)は、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル共重合系樹脂、又はシロキサン系樹脂などの樹脂系材料から形成される。
また、距離ピクセル(PX51～PX56)はそれぞれ、他のピクセルからの光を遮断するために、前記半導体基板の下面１２と垂直な垂直方向(Z)に長く延設され、前記他のピクセルとの境界領域に形成されるピクセル分離構造物を更に含む。
一実施例において、図３０ａに示しているように、距離ピクセル(PX51)は、半導体基板(SUG)の下面１２から垂直方向(Z)に長く延在したバックサイド分離構造物(PSSTR1)を含む。所定の深さまでトレンチ(TRC1)が形成され、トレンチ(TRC1)の内部に側壁(SWL1)が形成される。側壁(SWL1)は、入射光が隣接した距離ピクセルで貫通することを防止し、隣接するピクセルから入射光が貫通することを防止する。例えば、側壁(SWL1)は、反射防止膜(RFL)と同様な物質から形成される。トレンチ(TRC1)の内部は、誘電体物質で充填される。
他の実施例において、図３０ｂに示しているように、距離ピクセル(PX52)は、半導体基板(SUG)の上面１１から垂直方向(Z)に長く延在し、トレンチ(TRC2)及び側壁(SWL2)を含むフロントサイド分離構造物(PSSTR2)を含む。また、他の実施例において、図３０ｃに示しているように、距離ピクセル(PX53)は、半導体基板(SUG)の上面１１から下面１２まで垂直方向(Z)に長く延在し、トレンチ(TRC3)及び側壁(SWL3)を含むフル分離構造物(PSSTR3)を含む。
また、図３１ａ乃至図３１ｃに示しているように、距離ピクセル(PX54～PX56)は、反射防止膜(RFL)の上面に隣接して配置され、半導体基板(SUB)の内部からの光の反射及び散乱を誘導するための凹凸構造物を更に含む。
図３１ａに示しているように、凹凸構造物(CRSTR1)は、トレンチ(TRC)内に形成される１つの凹凸(CR)を含むこともでき、図３１ｂに示しているように、凹凸構造物(CRSTR2)は、同一の長さを有する複数の凹凸(CR1、CR2、CR3)を含むこともできる。実施例によって、図３１ｃに示しているように、凹凸構造物(CRSTR3)は、様々な長さを有する複数の凹凸(CR1、CR2、CR3)を含むこともできる。
図３２に示しているように、距離ピクセル(PX61)は、反射防止膜(RFL)の下面に隣接して配置され、特定の偏光軸を有する光を選択的に透過させるための偏光構造物(PLSTR)を更に含む。偏光構造物(PLSTR)は、メタルパターン(PTN1)及び誘電体パターン(PTN2)の積層構造を有する。
図３３ａ及び３３ｂは、図３２の距離ピクセルに含まれる偏光構造物の実施例を示す図である。
図３３ａに示しているように、第１の水平方向(X)及び第２の水平方向(Y)に隣接する４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)は、４５度ずつ回転する偏光パターン(PLPTN)を含む偏光構造物をそれぞれ含む。図３３ｂに示しているように、隣接する４つの距離ピクセル(PXa、PXb、PXc、PXd)のうち、一部の距離ピクセル(PXa、PXd)だけが、偏光パターン(PLPTN)を含む偏光構造物を含み、一部の距離ピクセル(PXb、PXc)は、偏光パターン(PLPTN)を含まないことができる。
図３４は、本発明のイメージセンサをコンピュータシステムに応用した例を示すブロック図である。
図３４に示しているように、コンピュータシステム１０００は、プロセッサ１０１０、メモリ装置１０２０、保存装置１０３０、入出力装置１０４０、パワーサプライ１０５０、及びタイムオブフライトセンサ１００を含む。一方、図３４には示していないが、コンピュータシステム１０００は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＵＳＢ装置などと通信するか、又は他の電子機器と通信可能なポートを更に含む。
プロセッサ１０１０は、特定の計算又はタスクを行うことができる。実施例によって、プロセッサ１０１０は、マイクロプロセッサ、中央処理装置(CPU)である。プロセッサ１０１０は、アドレスバス、制御バス、及びデータバスを介して、メモリ装置１０２０、保存装置１０３０、及び入出力装置１０４０と通信を行うことができる。
実施例によって、プロセッサ１０１０は、周辺機器相互接続(Peripheral Component Interconnect: PCI)バスのような拡張バスにも接続可能である。メモリ装置１０２０は、コンピュータシステム１０００の動作に必要なデータを保存することができる。
例えば、メモリ装置１０２０は、ＤＲＡＭ、モバイルＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦＲＡＭ、ＲＲＡＭ及び/又はＭＲＡＭで具現化可能である。保存装置１０３０は、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ、ＣＤ－ＲＯＭなどを含む。入出力装置１０４０は、キーボード、キーパッド、マウスなどのような入力手段、及びプリンタ、ディスプレイなどのような出力手段を含む。パワーサプライ１０５０は、電子機器１０００の動作に必要な動作電圧を供給する。
タイムオブフライトセンサ１００は、前記バス又は他の通信リンクを介して、プロセッサ１０１０と接続して通信を行うことができる。前述したように、タイムオブフライトセンサ１００は、前述したように、共通フォトゲートを中心とした対称構造を有する少なくとも１つの距離ピクセルを含む。タイムオブフライトセンサ１００は、プロセッサ１０１０と共に、１つのチップに集積されることもでき、互いに異なるチップにそれぞれ集積することもできる。
図３５は、図３４のコンピュータシステムで使われるインタフェースの一例を示すブロック図である。
図３５に示しているように、コンピュータシステム１１００は、ＭＩＰＩインタフェースを使用又は支援可能なデータ処理装置で具現化可能であり、アプリケーションプロセッサ１１１０、タイムオブフライトセンサ１１４０、及びディスプレイ１１５０などを含む。
アプリケーションプロセッサ１１１０のＣＳＩホスト１１１２は、カメラシリアルインタフェース(CSI)を介して、タイムオブフライトセンサ１１４０のＣＳＩ装置１１４１とシリアル通信を行うことができる。
一実施例において、ＣＳＩホスト１１１２は、デシリアライザ(DES)を含み、ＣＳＩ装置１１４１は、ジリアライザ(SER)を含む。アプリケーションプロセッサ１１１０のＤＳＩホスト１１１１は、ディスプレイシリアルインタフェース(DSI)を介して、ディスプレイ１１５０のＤＳＩ装置１１５１とシリアル通信を行うことができる。
一実施例において、ＤＳＩホスト１１１１は、シリアライザ(SER)を含み、ＤＳＩ装置１１５１は、デシリアライザ(DES)を含む。更に、コンピュータシステム１１００は、アプリケーションプロセッサ１１１０と通信を行うことができるＲＦ(Radio Frequency)チップ１１６０を更に含む。
コンピュータシステム１１００のＰＨＹ１１１３とＲＦチップ１１６０のＰＨＹ１１６１とは、ＭＩＰＩ(Mobile Industry Processor Interface)ＤｉｇＲＦにより、データ送受信を行うことができる。また、アプリケーションプロセッサ１１１０は、ＰＨＹ１１６１のＭＩＰＩ ＤｉｇＲＦによるデータ送受信を制御するＤｉｇＲＦマスター１１１４を更に含む。
一方、コンピュータシステム１１００は、ＧＰＳ１１２０、ストレージ１１７０、マイク１１８０、ＤＲＡＭ１１８５、及びスピーカー１１９０を含む。また、コンピュータシステム１１００は、超広帯域(Ultra WideBand; UWB)１２１０、無線ラン(WLAN)１２２０、及びＷＩＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access)１２３０などを用いて、通信を行うことができる。但し、コンピュータシステム１１００の構造及びインタフェースは、１つの例示であり、これに限定されるものではない。
以上で説明したように、本発明の実施例による距離ピクセルは、１つの共通フォトゲートを適用することで、距離ピクセル、及び前記距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサの消耗電力及びサイズを減少することができる。また、本発明の実施例による距離ピクセルは、対称構造及び共通フォトゲートの変形構造により、センシング精度及びセンシング感度を増加することで、距離ピクセル、及び前記距離ピクセルを含むタイムオブフライトセンサの性能を向上させることができる。
本発明の実施例は、タイムオブフライトセンサを含む装置及びシステムに有用に利用可能である。例えば、本発明の実施例は、コンピュータ、ノート型パソコン、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)、ＰＭＰ(Portable Multimedia Player)、デジタルＴＶ、デジタルカメラ、ポータブルゲームコンソール、ナビゲーション機器、ウェアラブル機器、IoT(internet of things;)機器、IoE(internet of everything:)機器、e-ブック(e-book)、ＶＲ(virtual reality)機器、ＡＲ(augmented reality)機器、車両用ナビゲーション、ビデオフォン、監視システム、オートフォーカスシステム、追跡システム、動作感知システムなどのような電子機器に更に有用に適用可能である。
前記では、本発明が好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を様々に修正及び変更できることを理解するだろう。

Claims (20)

  1. 距離ピクセルの中心領域に配置される共通フォトゲートと、
    前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される複数のフローティング拡散領域と、
    前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記距離ピクセルの中心を通り、互いに垂直な第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される複数の復調転送ゲートと、
    前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出するように、前記第１の水平ライン及び前記第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される複数のオーバーフローゲートとを含む、タイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  2. 集光区間の間に前記共通フォトゲートに与えられるフォトゲート電圧は、前記光電荷を収集するためのＤＣ電圧レベルを有し、
    前記集光区間の間に前記複数のオーバーフローゲートに与えられるオーバーフローゲート電圧は、前記光電荷の排出を遮断するためのターンオフ電圧レベルを有し、
    前記集光区間の間に前記複数の復調転送ゲートには、互いに異なる位相を有する複数の復調信号がそれぞれ与えられることを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  3. 前記距離ピクセルを初期化するためのリセット区間、及び前記集光区間の間に収集された光電荷の量を測定するための読出区間の間に、前記オーバーフローゲート電圧は、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出するためのターンオン電圧レベルを有することを特徴とする、請求項２に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  4. 前記距離ピクセルを初期化するためのリセット区間、及び前記集光区間の間に収集された光電荷の量を測定するための読出区間の間の前記フォトゲート電圧のＤＣ電圧レベルは、前記集光区間の間の前記フォトゲート電圧のＤＣ電圧レベルと同一であることを特徴とする、請求項２に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  5. 前記距離ピクセルを初期化するためのリセット区間、及び前記集光区間の間に収集された光電荷の量を測定するための読出区間の間の前記フォトゲート電圧のＤＣ電圧レベルは、前記集光区間の間の前記フォトゲート電圧のＤＣ電圧レベルと互いに異なることを特徴とする、請求項２に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  6. 前記共通フォトゲートは、
    半導体基板の上面と平行に板状に形成され、前記半導体基板の上部に配置される水平フォトゲートを含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  7. 前記水平フォトゲートの下面は、入射光の反射及び散乱を誘導するための凹凸構造を有することを特徴とする、請求項６に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  8. 前記共通フォトゲートは、
    半導体基板の上面と垂直な垂直方向に延設され、前記半導体基板の上部領域に形成された１つ以上のトレンチの内部に配置される１つ以上の垂直フォトゲートを含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  9. 前記共通フォトゲートは、
    半導体基板の上面と平行に板状に形成され、前記半導体基板の上部に配置される水平フォトゲートと、
    前記水平フォトゲートの下面に接続され、前記半導体基板の上面と垂直な垂直方向に延設され、前記半導体基板の上部領域に形成された１つ以上のトレンチの内部に配置される１つ以上の垂直フォトゲートとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  10. 更に、前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域に伝達する前に一時的に保存するために、前記複数のフローティング拡散領域及び前記複数の復調転送ゲートの間で、前記外郭領域にそれぞれ配置される電荷保存構造物を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  11. 更に、光が入射される半導体基板の下面に隣接して配置される反射防止膜と、
    前記反射防止膜の下面に隣接して配置される平坦化膜と、
    前記平坦化膜の下面に隣接して配置されるマイクロレンズと、
    他のピクセルからの光を遮断するために、前記半導体基板の下面と垂直な垂直方向に延設され、前記他のピクセルとの境界領域に形成されるピクセル分離構造物とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  12. 更に、前記反射防止膜の上面に隣接して配置され、光の反射及び散乱を誘導するための凹凸構造物を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  13. 更に、前記反射防止膜の下面に隣接して配置され、特定の偏光軸を有する光を選択的に透過させるための偏光構造物を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  14. 前記距離ピクセルは、前記複数の復調転送ゲートが、第１の復調転送ゲート及び第２の復調転送ゲートを含む２タブ構造を有し、
    集光区間の間に前記第１の復調転送ゲートには、第１の復調信号が与えられ、前記第２の復調転送ゲートには、前記第１の復調信号と１８０度の位相差を有する第２の復調信号が与えられ、
    前記第１の復調転送ゲート及び前記第２の復調転送ゲートは、前記距離ピクセルの中心に対して対称であることを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  15. 前記距離ピクセルは、前記複数の復調転送ゲートが、第１の復調転送ゲート、第２の復調転送ゲート、第３の復調転送ゲート、及び第４の復調転送ゲートを含む４タブ構造を有し、
    集光区間の間に前記第１の復調転送ゲートには、第１の復調信号が与えられ、前記第２の復調転送ゲートには、前記第１の復調信号と９０度の位相差を有する第２の復調信号が与えられ、前記第３の復調転送ゲートには、前記第１の復調信号と１８０度の位相差を有する第３の復調信号が与えられ、前記第４の復調転送ゲートには、前記第１の復調信号と２７０度の位相差を有する第４の復調信号が与えられ、
    前記第１の復調転送ゲート及び前記第３の復調転送ゲートは、前記距離ピクセルの中心に対して対称であり、前記第２の復調転送ゲート及び前記第４の復調転送ゲートは、前記距離ピクセルの中心に対して対称であることを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  16. 前記複数のフローティング拡散領域の中より少なくとも２つのフローティング拡散領域は、互いに電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  17. 変調された送信光を被写体に照射する光源と、
    １つ以上の距離ピクセルを含み、前記被写体から反射した受信光に基づいて、タイムオブフライトセンサから前記被写体までの距離情報を提供する感知部と、
    前記光源及び前記感知部を制御する制御部とを含み、
    前記距離ピクセルのそれぞれは、
    距離ピクセルの中心領域に配置される共通フォトゲートと、
    前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される複数のフローティング拡散領域と、
    前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記距離ピクセルの中心を通り、互いに垂直な第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される複数の復調転送ゲートと、
    前記共通フォトゲートにより収集された光電荷が排出するように、前記第１の水平ライン及び前記第２の水平ラインのそれぞれに対して対称的に、前記外郭領域に配置される複数のオーバーフローゲートとを含むことを特徴とする、タイムオブフライトセンサ。
  18. 互いに隣接する４つの距離ピクセルは、１つのフローティング拡散領域を共有することを特徴とする、請求項１７に記載のタイムオブフライトセンサ。
  19. 距離ピクセルの中心領域に配置され、半導体基板の上面と垂直な垂直方向に延設され、前記半導体基板の上部領域に形成された１つ以上のトレンチの内部に配置される１つ以上の垂直フォトゲートを含む共通フォトゲートと、
    前記中心領域を取り囲む外郭領域に配置される複数のフローティング拡散領域と、
    前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を、前記複数のフローティング拡散領域にそれぞれ伝達するように、前記外郭領域に配置される複数の復調転送ゲートと、
    前記共通フォトゲートにより収集された光電荷を排出するように、前記外郭領域に配置される１つ以上のオーバーフローゲートとを含むことを特徴とする、タイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
  20. 前記複数の復調転送ゲートは、前記距離ピクセルの中心を通り、互いに垂直な第１の水平ライン及び第２の水平ラインのそれぞれに対して、対称的に配置され、
    前記複数のオーバーフローゲートは、前記第１の水平ライン及び前記第２の水平ラインのそれぞれに対して、対称的に配置されることを特徴とする、請求項１９に記載のタイムオブフライトセンサの距離ピクセル。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024024469A1 (ja) * 2022-07-25 2024-02-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置
WO2024202672A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置および電子機器
WO2025094516A1 (ja) * 2023-11-02 2025-05-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
WO2025173536A1 (ja) * 2024-02-16 2025-08-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距システム、イメージセンサ、および、測距システムの制御方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102907586B1 (ko) * 2020-07-15 2026-01-05 삼성전자주식회사 멀티-탭 구조를 갖는 거리 픽셀 및 이를 포함하는 비행 거리 센서
DE102020132868A1 (de) * 2020-12-09 2022-06-09 Ifm Electronic Gmbh Lichtlaufzeitpixel mit Ladungsspeicher
JP2022157031A (ja) * 2021-03-31 2022-10-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
KR20220158109A (ko) * 2021-05-20 2022-11-30 삼성전자주식회사 깊이 센서 및 그 동작 방법
KR20230005605A (ko) * 2021-07-01 2023-01-10 삼성전자주식회사 깊이 센서 및 이를 포함하는 이미지 검출 시스템
US11832003B2 (en) * 2022-04-03 2023-11-28 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Binnable time-of-flight pixel
FR3138963B1 (fr) * 2022-08-18 2026-04-10 Commissariat Energie Atomique Double CTIA pour photodiode non pincée

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009236914A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Samsung Electronics Co Ltd 距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサ
JP2009302319A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Rohm Co Ltd 分光機能を有する光電変換素子およびこれを用いたイメージセンサー
JP2010032425A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 National Univ Corp Shizuoka Univ 距離画像センサ、及び撮像信号を飛行時間法により生成する方法
JP2012216692A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Honda Motor Co Ltd 単位画素及び固体撮像装置並びに単位画素の信号加算方法
JP2013175951A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Honda Motor Co Ltd 画素駆動装置及び画素駆動方法
JP2014168098A (ja) * 2014-05-19 2014-09-11 Sony Corp 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法、電子機器
JP2015216187A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
JP2016164956A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 株式会社東芝 固体撮像装置
JP2017054890A (ja) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社東芝 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
JP2017201244A (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2924465B1 (en) 2007-07-03 2017-11-29 Hamamatsu Photonics K.K. Back-illuminated distance measuring sensor and distance measuring device
US20090152605A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Image sensor and cmos image sensor
DE102009037596B4 (de) 2009-08-14 2014-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pixelstruktur, System und Verfahren zur optischen Abstandsmessung sowie Steuerschaltung für die Pixelstruktur
JP5558999B2 (ja) 2009-11-24 2014-07-23 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
KR101869371B1 (ko) * 2011-07-21 2018-06-21 삼성전자주식회사 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 3차원 이미지 센서
JP6013039B2 (ja) * 2012-06-25 2016-10-25 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその制御方法、並びに、電子機器
JP6010425B2 (ja) 2012-10-26 2016-10-19 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
KR20140092712A (ko) * 2013-01-16 2014-07-24 삼성전자주식회사 센싱 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR102007279B1 (ko) 2013-02-08 2019-08-05 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀, 이를 포함하는 3차원 이미지 센서 및 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀의 구동 방법
US10976257B2 (en) * 2015-06-08 2021-04-13 The Regents Of The University Of Michigan Pixel circuit and method for optical sensing
CN106531751B (zh) * 2015-09-10 2018-11-09 义明科技股份有限公司 互补式金氧半导体深度感测器元件及其感测方法
US10151838B2 (en) * 2015-11-24 2018-12-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging sensor with shared pixel readout circuitry
DE102016208347B4 (de) * 2016-05-13 2017-12-21 Infineon Technologies Ag Optische Sensorvorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Laufzeitsensors
KR102662585B1 (ko) * 2017-01-09 2024-04-30 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102615195B1 (ko) 2018-07-19 2023-12-18 삼성전자주식회사 ToF 기반의 3D 이미지 센서 및 그 이미지 센서를 구비한 전자 장치
KR102907586B1 (ko) * 2020-07-15 2026-01-05 삼성전자주식회사 멀티-탭 구조를 갖는 거리 픽셀 및 이를 포함하는 비행 거리 센서

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009236914A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Samsung Electronics Co Ltd 距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサ
JP2009302319A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Rohm Co Ltd 分光機能を有する光電変換素子およびこれを用いたイメージセンサー
JP2010032425A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 National Univ Corp Shizuoka Univ 距離画像センサ、及び撮像信号を飛行時間法により生成する方法
JP2012216692A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Honda Motor Co Ltd 単位画素及び固体撮像装置並びに単位画素の信号加算方法
JP2013175951A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Honda Motor Co Ltd 画素駆動装置及び画素駆動方法
JP2015216187A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
JP2014168098A (ja) * 2014-05-19 2014-09-11 Sony Corp 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法、電子機器
JP2016164956A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 株式会社東芝 固体撮像装置
JP2017054890A (ja) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社東芝 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
JP2017201244A (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAWAHITO, SHOJI ET AL.: "A CMOS Time-of-Flight Range Image Sensor With Gates-on-Field-Oxide Structure", IEEE SENSORS JOURNAL, vol. Volume: 7, Issue: 12, JPN6024004673, 29 October 2007 (2007-10-29), US, pages 1578 - 1586, ISSN: 0005635861 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024024469A1 (ja) * 2022-07-25 2024-02-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置
WO2024202672A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置および電子機器
WO2025094516A1 (ja) * 2023-11-02 2025-05-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
WO2025173536A1 (ja) * 2024-02-16 2025-08-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距システム、イメージセンサ、および、測距システムの制御方法

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