成像电路和用于操作成像电路的方法
【技术领域】
[0001]实施例涉及产生对象的图像并且特别是涉及成像电路和用于操作成像电路的方法。
【背景技术】
[0002]各种传感器和计量器使用声学和光学脉冲或编码信号的延迟测量。在一些应用中，距离的测量与模式检测耦合。这可以是例如在使用可见或红外光的一些渡越时间(T0F)技术中的情况。红外光因为其不可见性可以是许多应用中选择的波长信号。红外光具有大约十微米或更大的穿透深度。在该深度，不能容易地借助于表面掺杂层的向外扩散而建立空间电荷区域。光子混合器件(PMD)也不能进行颜色识别，因为仅红外脉冲光被估计。所使用的光电管给出固定的光谱响应并且因此并非设计以用作颜色识别器件。
【发明内容】
[0003]需要提供一种成像电路，其能够生成三维彩色图像。
[0004]这样的需要可以由权利要求的主题满足。
[0005]一些实施例涉及成像电路，其包括半导体衬底和延伸到半导体衬底中的第一垂直沟槽栅极和相邻的第二垂直沟槽栅极。成像电路还包括栅极控制电路。栅极控制电路配置为以第一操作模式操作以将第一电压提供给第一垂直沟槽栅极并且将第二电压提供给第二垂直沟槽栅极，从而生成将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至第一垂直沟槽栅极附近的第一集电(collect1n)接触的第一空间电荷区域。栅极控制电路还配置为以第二操作模式操作以将第三电压提供给第一垂直沟槽栅极，从而生成将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至第一垂直沟槽栅极附近的第一集电接触的第二空间电荷区域。成像电路还包括图像处理电路，其配置为基于在第一操作模式下第一集电接触处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子来确定对象的距离信息，并且基于在第二操作模式下第一集电接触处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子来确定对象的颜色信息。
[0006]一些实施例涉及成像电路，其包括半导体衬底和延伸到半导体衬底中的多个垂直沟槽栅极。每个相应的垂直沟槽栅极具有在其附近的用于收集第一电荷载流子类型的光生电荷载流子的对应的集电接触。成像电路还包括栅极控制电路，其配置为在集电时间间隔期间将不同电压提供给多个垂直沟槽栅极中的每一个。每个相应的垂直沟槽栅极生成用于将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至其相应的集电接触的相应空间电荷区域。成像电路还包括图像处理电路，其配置为确定对象的多个颜色信息类型的颜色信息，每个颜色信息类型的颜色信息基于每个对应的集电接触处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子。
[0007]—些实施例涉及用于操作成像电路的方法。该方法包括在第一操作模式下，将第一电压提供给第一垂直沟槽栅极并且将第二电压提供给第二垂直沟槽栅极以生成将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至第一垂直沟槽栅极附近的第一集电接触的第一空间电荷区域。该方法还包括在第二操作模式下，将第三电压提供给第一垂直沟槽栅极以生成将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至第一垂直沟槽栅极附近的第一集电接触的第二空间电荷区域。该方法还包括基于在第一操作模式下第一集电接触处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子，来确定对象的距离信息。该方法还包括基于在第二操作模式下第一集电接触处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子，来确定对象的颜色信息。
【附图说明】
[0008]以下将仅作为示例并且参照附图来描述装置和/或方法的一些实施例，其中:
图1示出根据实施例的成像电路的示意截面图。
[0009]图2示出根据实施例的操作在第一操作模式下的成像电路的示意截面图。
[0010]图3示出根据实施例的指示由第一操作模式下的栅极控制电路提供的电压的图解。
[0011]图4A示出根据实施例的操作在第二操作模式下的垂直沟槽栅极的示意截面图。
[0012]图4B示出根据实施例的操作在第二操作模式下的垂直沟槽栅极的示意截面图。
[0013]图4C示出根据实施例的操作在第二操作模式下的垂直沟槽栅极的示意截面图。
[0014]图4D示出根据实施例的操作在第二操作模式下的垂直沟槽栅极的示意截面图。
[0015]图5示出根据实施例的操作在第二操作模式下的垂直沟槽栅极的示意截面图。
[0016]图6示出根据实施例的成像电路的示意截面图。
[0017]图7示出根据实施例的用于操作成像电路的方法的流程图。
[0018]图8A示出根据实施例的成像电路的示意俯视图。
[0019]图8B示出根据实施例的成像电路的示意俯视图。
[0020]图9示出指示深耗尽下空间电荷区域宽度的视图。
[0021]图10示出指示光进入硅的穿透深度的图解。
[0022]图11示出指示所测量的光电流作为沟槽栅极电压的函数的图解。
【具体实施方式】
[0023]现在将参照其中图示一些示例实施例的附图来更全面地描述各种示例实施例。在附图中，线、层和/或区域的厚度可以为了清楚而放大。
[0024]因此，尽管示例实施例能够进行各种修改和替换形式，但其实施例作为示例在附图中示出并且在此将详细描述。然而，应理解，并非意在将示例实施例限制于所公开的特定形式，而是相反，示例实施例将覆盖所有落入本公开的范围内的修改、等同物和替换。在整个附图的描述中，相同标记指代相同或相似的元件。
[0025]应理解，当元件被称为“连接”或“耦合”于另一元件时，其可以直接连接于或耦合于另一元件，或者可以存在介入元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”于另一元件时，则不存在介入元件。用于描述元件之间关系的其他用词应该以类似形式来解释(例如，“之间”相对于“直接之间”，“邻近”相对于“直接邻近”等)。
[0026]在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且并非意在限制示例实施例。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。还应该进一步理解，术语“包括”、“包含”和/或“包含了”，在此使用时，指代存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
[0027]除非另外限定，所有在此使用的术语(包括技术和科学术语)具有与示例实施例所属领域的技术人员通常理解的相同含义。还应理解，例如在通常使用的字典中限定的那些术语的术语应该解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化地或过分正式的意义来解释，除非在此明确如此限定。
[0028]图1示出根据实施例的成像电路1的示意截面图。成像电路1包括半导体衬底10和延伸到半导体衬底10中的第一垂直沟槽栅极12和相邻的第二垂直沟槽栅极13。
[0029]成像电路1还包括栅极控制电路239。栅极控制电路239以第一操作模式操作以将第一电压，例如VI，提供给第一垂直沟槽栅极12并且将第二电压，例如，V2，提供给第二垂直沟槽栅极13，从而生成将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至第一垂直沟槽栅极12附近的第一集电接触32的第一空间电荷区域。
[0030]栅极控制电路239还以第二操作模式操作以将第三电压提供给第一垂直沟槽栅极12，从而生成将第一电荷载流子类型的光生电荷载流子加速至第一垂直沟槽栅极12附近的第一集电接触32的第二空间电荷区域。
[0031]成像电路1还包括图像处理电路235，其基于在第一操作模式下第一集电接触32处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子来确定对象的距离信息，并且基于在第二操作模式下第一集电接触32处收集的第一电荷载流子类型的光生电荷载流子来确定对象的颜色信息。
[0032]由于图像处理电路235、栅极控制电路239、第一垂直沟槽栅极12和第二垂直沟槽栅极13的以上实施，成像电路使得能够生成示出周围场景和颜色识别的详细图片的三维图像、彩色图像和三维彩色图像。此外，对象的距离信息和颜色信息两者可以通过相同的成像电路来确定。此外，具有关于对象的距离信息和颜色信息两者的图像可以由成像电路1来产生。此外，由于使用了用于生成空间电荷区域的垂直沟槽栅极，成像电路1的横向尺寸可以减小，或者分辨率可以增加，并且由杂散电荷载流子引起的噪声可以被避免或最小化。
[0033]半导体衬底10可以是基于娃的半导体衬底、基于碳化娃的半导体衬底、基于砷化镓的半导体衬底或基于氮化镓的半导体衬底。半导体衬底10可以被掺杂，以使得半导体衬底的大部分电荷载流子是例如空穴的正电荷载流子，或者使得半导体衬底的大部分电荷载流子是例如电子的负电荷载流子。为了说明目的，半导体衬底10假定为p掺杂的半导体衬底。换言之，假定，半导体衬底10中的电荷载流子中的大部分是正电荷载流子，即空穴。
[0034]例如，半导体衬底10可以具有在IX 1013至IX 10 17 cm 3之间，或1 X 10 14至1 X 10 16cm 3之间，或者1X10 14至1X10 15 cm 3之间的掺杂浓度，例如大约5 X 10 14 cm3。
[0035]半导体衬底10可以是例如半导体管芯或半导体芯片。第一垂直沟槽栅极12和第二垂直沟槽栅极13可以在半导体衬底10，即在半导体管芯中形成。半导体衬底10可以具有在半导体衬底的顶面和底面之间的垂直方向上测量的厚度。
[0036]第一垂直沟槽栅极12可以位于第一垂直沟槽218中(在图2中示出)并且由在第一垂直沟槽218内的绝缘层216 (在图2中示出)与半导体衬底10绝缘。例如，第一垂直沟槽218可以例如通过对半导体衬底的顶面101进行结构化而形成在半导体衬底10的顶面101处，并且第一垂直沟槽218可以从顶面101延伸到半导体衬底10中。
[0037]随后，绝缘层216可以沉积在第一垂直沟槽218中并且可以覆盖第一垂直沟槽218的底壁和侧壁。绝缘层216可以是例如氧化物层。例如，绝缘层216可以是二氧化硅层。绝缘层216可以具有在lnm至30nm之间或者2nm至25nm之间，或者5nm至25nm之间的厚度，例如大约20nm。
[0038]绝缘层216还可以称为栅极氧化物层，或氧化物衬里。第一垂直沟槽栅极12可以通过在第一垂直沟槽218中沉积导电材料来形成。导电材料可以例如填充第一垂直沟槽218，并且可以形成在绝缘层216上方，例如直接在绝缘层216上方。例如，导电材料可以是多晶硅，和/或金属。绝缘层216可以将第一垂直沟槽栅极12与半导体衬底10绝缘。
[0039]第二垂直沟槽栅极13可以根据第一垂直沟槽栅极12的实施方式来实现。
[0040]例如，第一集电接触32可以包括形成在半导体衬底10的顶表面的局部η掺杂区域(在图4Α至4D中示出)以及形成在该η掺杂区域上方的金属接触。例如，第一集电接触32可以是沉积在η掺杂注入区域上方的导电电极材料。第一集电接触32可以与η掺杂注入区域直接电连接，或者可以通过一个或多个导电层电连接至η掺杂注入区域。第一集电接触32和η掺杂注入区域可以形成在半导体衬底10的在第一垂直沟槽栅极12附近的顶面101处。例如，η掺杂注入区域可以形成在半导体衬底10中顶面101的表面处，并且第一集电接触32可以形成在η掺杂注入区域上方，例如，半导体衬底10的顶面101上方。例如，第一集电接触32和η掺杂注入区域可以围绕第一垂直沟槽栅极12。例如，第一集电接触32和/或η掺杂注入区域可以与第一垂直沟槽栅极12的绝缘层216