CN110061022B - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及图像传感器及其形成方法。提供了一种图像传感器，其包括衬底和设置在衬底中的至少一个像素单元，每个像素单元包括：栅极结构，包括嵌入在衬底中的栅极以及设置在衬底中并且围绕栅极的底面和侧面的栅极电介质层；彼此分离地设置在衬底中邻近上表面处的多个浮置扩散区，围绕栅极结构并且与栅极电介质层接触；彼此分离地设置在衬底中的多个光电二极管，与多个浮置扩散区一一对应地设置在其下方并且与栅极电介质层接触，其中每个浮置扩散区具有第一掺杂类型，并且每个光电二极管包括具有第一掺杂类型的第一区域；以及多个沟道形成区，每个沟道形成区设置在相应一个浮置扩散区与相应一个光电二极管的第一区域之间，并且具有第二掺杂类型。

Description

图像传感器及其形成方法
技术领域
本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及图像传感器及其形成方法。
背景技术
图像传感器是能够对辐射(例如，光辐射，包括但不限于可见光、红外线、紫外线等)进行感测并由此生成相应的电子信号的功能器件。图像传感器被广泛地应用于各种需要对辐射进行感测的电子产品中。
图像传感器可以包括多个像素单元，其中每个像素单元都具有光电转换部件，例如光电二极管。领域内一直致力于进一步缩小图像传感器的像素单元尺寸从而降低制造成本，但是简单地缩小现有的平面结构的像素单元所能实现的尺寸缩小非常有限，而且还会带来很多负面效果，诸如感光面积受限、串扰加剧、暗电流恶化等。
因此存在对于能够在进一步缩小像素单元尺寸的同时保证图像传感器性能的改进的图像传感器的需求。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种新颖的图像传感器及其形成方法。
根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，其包括衬底以及设置在所述衬底中的至少一个像素单元，其中，每个像素单元包括：栅极结构，包括嵌入在所述衬底中的栅极以及设置在所述衬底中并且围绕所述栅极的底面和侧面的栅极电介质层；多个浮置扩散区，彼此分离地设置在所述衬底中邻近上表面处，所述多个浮置扩散区围绕所述栅极结构并且与所述栅极电介质层接触；多个光电二极管，彼此分离地设置在所述衬底中，所述多个光电二极管与所述多个浮置扩散区一一对应地设置在所述多个浮置扩散区下方并且与所述栅极电介质层接触，其中，所述多个浮置扩散区具有第一掺杂类型，并且所述多个光电二极管各自包括具有第一掺杂类型的第一区域；以及多个沟道形成区，每个沟道形成区设置在相应的一个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间，并且具有第二掺杂类型。
在一个实施例中，每个像素单元还包括：多个隔离区，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。
在一个实施例中，当对所述栅极施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通，以及当不对所述栅极施加电压或者对所述栅极施加的电压小于第二阈值时，所述多个隔离区使得所述多个浮置扩散区彼此电隔离、所述多个光电二极管彼此电隔离并且所述多个沟道形成区彼此电隔离，其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
在一个实施例中，所述多个隔离区具有第二掺杂类型，并且掺杂浓度大于所述多个沟道形成区的掺杂浓度。
在一个实施例中，每个隔离区包括设置在相邻的两个浮置扩散区之间的第一沟槽隔离结构。
在一个实施例中，每个隔离区包括设置在相邻的两个沟道形成区之间的第二沟槽隔离结构。
在一个实施例中，每个隔离区包括设置在相邻的两个光电二极管之间的第三沟槽隔离结构。
在一个实施例中，所述栅极电介质层的与所述多个沟道形成区接触的部分的厚度小于所述栅极电介质层的其余部分的厚度。
在一个实施例中，所述多个浮置扩散区的尺寸相同。
在一个实施例中，所述多个光电二极管的尺寸相同。
在一个实施例中，所述多个浮置扩散区包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比为1:1:2。
在一个实施例中，所述多个光电二极管包括与第一浮置扩散区对应的第一光电二极管、与第二浮置扩散区对应的第二光电二极管以及与第三浮置扩散区对应的第三光电二极管，其中，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比为1:1:2。
在一个实施例中，当从垂直于所述衬底的表面的方向看时，所述栅极的形状为圆形或矩形。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于形成图像传感器的方法，其包括提供衬底以及在所述衬底中形成至少一个像素单元，其中，形成每个像素单元包括：在所述衬底中形成彼此分离的多个光电二极管，所述多个光电二极管各自包括具有第一掺杂类型的第一区域；在所述衬底中形成栅极结构，所述栅极结构包括嵌入在所述衬底中的栅极以及设置在所述衬底中并且围绕所述栅极的底面和侧面的栅极电介质层，其中，所述栅极电介质层与所述多个光电二极管的第一区域接触；在所述衬底中邻近上表面处形成彼此分离并且围绕所述栅极结构的多个浮置扩散区，所述多个浮置扩散区与所述多个光电二极管一一对应地设置在所述多个光电二极管上方并且与所述栅极电介质层接触，其中，所述多个浮置扩散区具有第一掺杂类型；以及其中，在每个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间都设置有具有第二掺杂类型的沟道形成区。
在一个实施例中，形成所述栅极结构包括：在所述衬底的上表面处形成开口，所述开口暴露出每个光电二极管的第一区域的至少一部分；形成覆盖所述开口的底面和侧面的栅极电介质层；以及在所述栅极电介质层上形成栅极。
在一个实施例中，形成每个像素单元还包括：形成多个隔离区，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。
在一个实施例中，当对所述栅极施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通，以及当不对所述栅极施加电压或者对所述栅极施加的电压小于第二阈值时，所述多个隔离区使得所述多个浮置扩散区彼此电隔离、所述多个光电二极管彼此电隔离并且所述多个沟道形成区彼此电隔离，其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
在一个实施例中，形成所述多个隔离区包括使所述多个隔离区具有第二掺杂类型，并且掺杂浓度大于所述沟道形成区的掺杂浓度。
在一个实施例中，形成每个隔离区包括在相邻的两个浮置扩散区之间形成第一沟槽隔离结构。
在一个实施例中，形成每个隔离区包括在相邻的两个沟道形成区之间形成第二沟槽隔离结构。
在一个实施例中，形成每个隔离区包括在相邻的两个光电二极管之间形成第三沟槽隔离结构。
在一个实施例中，所述栅极电介质层的与所述沟道形成区接触的部分的厚度小于所述栅极电介质层的其余部分的厚度。
在一个实施例中，所述多个浮置扩散区的尺寸相同。
在一个实施例中，所述多个光电二极管的尺寸相同。
在一个实施例中，形成所述多个浮置扩散区包括形成第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比被设置为1:1:2。
在一个实施例中，形成所述多个光电二极管包括形成与第一浮置扩散区对应的第一光电二极管、与第二浮置扩散区对应的第二光电二极管以及与第三浮置扩散区对应的第三光电二极管，其中，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比被设置为1:1:2。
在一个实施例中，所述方法还包括：将所述开口的形状设置为，当从垂直于所述衬底的表面的方向看时，是圆形的或矩形的。
通过根据本公开的实施例的图像传感器及其形成方法，能够有效缩小像素单元的尺寸进而降低图像传感器的制造成本，并且在缩小尺寸的像素单元中依旧能保持良好的感测性能，改善串扰和暗电流等问题。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据以下详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1A示意性地示出了根据本公开的实施例的图像传感器的剖视图；
图1B示意性地示出了图1A中所示的图像传感器的沿着图1A中的线1B-1B截取的截面图；
图1C示意性地示出了图1A中所示的图像传感器的沿着图1A中的线1C-1C截取的截面图；
图1D示意性地示出了图1A中所示的图像传感器的沿着图1A中的线1D-1D截取的截面图；
图2A示意性地示出了根据本公开的另一个实施例的图像传感器的俯视图；
图2B示意性地示出了图2A中所示的图像传感器的仰视图；
图3示出了根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法的示例流程图；以及
图4A至图4H示意性地示出了与图3所示的方法的部分步骤对应的图像传感器的示意性剖视图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
还应注意的是，对于数字标号相同而跟随在数字标号后面的字母不同的那些附图标记，其表示的是具有相同或对称结构的不同部件。当只引用这些附图标记所共有的数字标号时，表示共同地引用具有该数字标号和不同字母的所有附图标记。例如，图1A中使用了附图标记106a和106b，则当提及附图标记106时，表示所有包含数字标号106和不同字母的附图标记106a和106b等，而当提及附图标记106a时，则仅表示附图标记106a所指代的部件。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
下面结合图1A至图1D描述根据本公开的实施例的图像传感器100。
图1A示意性地示出了根据本公开的实施例的图像传感器100的剖视图，图1B示意性地示出了图1A中所示的图像传感器的沿着图1A中的线1B-1B截取的截面图，图1C示意性地示出了图1A中所示的图像传感器的沿着图1A中的线1C-1C截取的截面图，并且图1D示意性地示出了图1A中所示的图像传感器的沿着图1A中的线1D-1D截取的截面图。
如图1A所示，图像传感器100可以包括衬底101以及设置在衬底101中的至少一个像素单元。
注意，为了简化附图，图1A中仅示意性地示出了一个像素单元，但本领域技术人员将理解，根据本公开的实施例的图像传感器100可以包括任意数量、以任意形式布置的多个像素单元。
在一些实施例中，衬底101包括但不限于半导体衬底，其可以包括一元半导体材料(诸如，硅或锗等)或化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合。在根据本公开的实施例中，对于衬底没有特别的限制，只要其适于在其中形成用于实现相应功能的部件即可。衬底101的部分或全部还可以掺杂有一定浓度的杂质元素，例如，可以掺杂有N型或者P型的杂质。在下文中，使用“第一掺杂类型”和“第二掺杂类型”来区分不同的掺杂类型。在一些实施例中，第一掺杂类型为N型，第二掺杂类型为P型。在另一些实施例中，第一掺杂类型为P型，第二掺杂类型为N型。
如图1A所示，每个像素单元可以包括栅极结构103，栅极结构103可以包括嵌入在衬底101中的栅极104以及设置在衬底101中并且围绕栅极104的底面和侧面的栅极电介质层105。
在一些实施例中，当从垂直于衬底101的表面的方向看时，栅极104的形状可以是圆形或矩形等。栅极104的材料可以包括以下之中的一种或多种：多晶硅、掺杂多晶硅(诸如，掺杂有磷离子的多晶硅、掺杂有砷离子的多晶硅、掺杂有锑离子的多晶硅)、金属(例如铜)等。栅极电介质层105的材料可以包括以下之中的一种或多种：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
继续参考图1A，每个像素单元还可以包括：彼此分离地设置在衬底101中邻近上表面处的多个浮置扩散区106，彼此分离地设置在衬底101中的多个光电二极管102，以及多个沟道形成区107。
结合图1A和图1B可以看出，多个浮置扩散区106a、106b、106c和106d围绕栅极结构103并且与栅极电介质层105接触。
本领域技术人员应理解，虽然在图1B中示出的浮置扩散区106a、106b、106c和106d的数量为四个，但这仅仅是示例性和说明性的，并不意味着对本公开的限制。在其它实施例中，浮置扩散区的数量可以是两个、三个、五个或者更多个。另外，虽然在图1B中示出的浮置扩散区106a、106b、106c和106d具有相同的尺寸，但是在其它实施例中，多个浮置扩散区的尺寸可以彼此相同也可以彼此不相同，并且每个浮置扩散区的尺寸可以根据电荷容纳能力的设计需要来灵活设置。
本领域技术人员还应理解，尽管图1B中示出的浮置扩散区106a、106b、106c和106d的外围包络线形状呈现为圆形，但在其它实施例中，多个浮置扩散区的外围包络线形状可以是矩形或椭圆形等。此外，每个浮置扩散区的形状可以彼此相同也可以彼此不同，并且可以根据应用需要来灵活设置。
结合图1A和图1D可以看出，多个光电二极管102a、102b、102c和102d彼此分离地设置在衬底101中，与多个浮置扩散区106a、106b、106c和106d一一对应地设置在多个浮置扩散区下方并且与栅极电介质层105接触。多个浮置扩散区106a、106b、106c和106d具有第一掺杂类型，并且多个光电二极管102a、102b、102c和102d各自包括具有第一掺杂类型的第一区域(图中未示出)。
虽然在图1D中示出的光电二极管102a、102b、102c和102d的数量为四个，但这仅仅是示例性和说明性的，并不意味着对本公开的限制。在其它实施例中，光电二极管的数量可以是两个、三个、五个或者更多个。光电二极管的数量与浮置扩散区的数量相同，每个光电二极管都有在其上方与之对应设置的一个浮置扩散区。
另外，虽然在图1D中示出的光电二极管102a、102b、102c和102d具有相同的尺寸，但是在其它实施例中，多个光电二极管的尺寸可以彼此相同也可以彼此不相同。在一些实施例中，每个光电二极管的尺寸可以根据感光能力的设计需要来灵活设置。此外，多个光电二极管的形状可以彼此相同也可以彼此不同。尽管图1D中示出的光电二极管102a、102b、102c和102d的形状为方形，但在其它实施例中，光电二极管还可以具有其它形状，包括但不限于圆形、扇形等。
结合图1A和图1C可以看出，多个沟道形成区107a、107b、107c和107d彼此分离地围绕栅极结构103并且与栅极电介质层105接触，每个沟道形成区设置在相应的一个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间，并且具有第二掺杂类型。以图1A为例，沟道形成区107a设置在相应的浮置扩散区106a与相应的光电二极管102a的第一区域之间，沟道形成区107b设置在相应的浮置扩散区106b与相应的光电二极管102b的第一区域之间。在图像传感器100中，像素单元可以形成在衬底101中的具有第二掺杂类型的有源区中，沟道形成区107可以是该有源区的一部分。沟道形成区107的掺杂浓度与有源区的其它部分的掺杂浓度可以相同或不同。在一些实施例中，可以通过调节沟道形成区107的掺杂浓度和/或尺寸来调节像素单元的阈值电压。
光电二极管102a、102b、102c和102d中的每个光电二极管用于基于感测到的辐射产生电荷，浮置扩散区106a、106b、106c和106d中的每个浮置扩散区用于存储相应的光电二极管产生的电荷。当向栅极104施加合适的电压时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通，从而将相应的光电二极管产生的电荷传输至相应的浮置扩散区中。在每个像素单元中，每个浮置扩散区和相应的一个光电二极管的第一区域以及栅极结构共同构成一个MOS(金属氧化物半导体)晶体管，其中浮置扩散区和光电二极管的第一区域分别用作MOS晶体管的源极和漏极/漏接和源极。基于此，可以认为每个像素单元包括多个MOS晶体管并且这些MOS晶体管共用一个栅极，当对栅极施加合适的电压时，像素单元内的每个MOS晶体管的源极和漏极通过形成在其沟道形成区中的沟道导通，从而使得每个光电二极管产生的电荷传输至相应的一个浮置扩散区，但各个MOS晶体管彼此之间保持电隔离。
继续参考图1A，栅极电介质层105可以与多个光电二极管102、多个浮置扩散区106以及多个沟道形成区107接触。在一些实施例中，栅极电介质层105的各部分可以具有均匀的厚度并且由同一种材料构成。在另一些实施例中，栅极电介质层105可以包括：与沟道形成区107接触的第一部分、与浮置扩散区106接触的第二部分，以及与光电二极管102和光电二极管102之间的衬底部分接触的第三部分，其中，第二部分和第三部分的材料可以与第一部分的材料相同，也可以与第一部分的材料不同。在一个实施例中，第二部分和第三部分的材料的致密度可以大于第一部分的材料的致密度，从而抑制漏电问题。在一个实施例中，第一部分的材料可以包括氧化硅，第二部分和第三部分的材料可以包括以下中的至少一种：氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅或者碳氮氧化硅。在一个实施例中，栅极电介质层105的第一部分的厚度可以小于栅极电介质层105的其余部分的厚度。
根据本公开的实施例的每个像素单元还可以包括多个隔离区108。结合图1A至图1D可以看到，每个像素单元可以设置有多个隔离区108，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区和相应的两个光电二极管。例如，隔离区108a隔开相邻的两个浮置扩散区106a、106b、相应的两个沟道形成区107a、107b和相应的两个光电二极管102a、102b，隔离区108b隔开相邻的两个浮置扩散区106b、106c、相应的两个沟道形成区107b、107c和相应的两个光电二极管102b、102c，隔离区108c隔开相邻的两个浮置扩散区106c、106d、相应的两个沟道形成区107c、107d和相应的两个光电二极管102c、102d，并且隔离区108d隔开相邻的两个浮置扩散区106d、106a、相应的两个沟道形成区107d、107a和相应的两个光电二极管102d、102a。隔离区能够有效防止相邻的光电二极管之间的电连通、相邻的浮置扩散区之间的电连通以及相邻的沟道形成区之间的电连通。
在一些实施例中，当对栅极104施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通；当不对栅极104施加电压或者对栅极104施加的电压小于第二阈值时，多个隔离区108使得多个浮置扩散区106彼此电隔离、多个光电二极管102彼此电隔离并且多个沟道形成区107彼此电隔离，其中，第一阈值小于第二阈值。
如前所述，像素单元形成在衬底101中的具有第二掺杂类型的有源区中，并且沟道形成区是该有源区的一部分。在一些实施例中，多个隔离区108也可以是该有源区的一部分，即具有第二掺杂类型。在这种情况下，使得第一阈值电压小于第二阈值电压可以通过以下方式实现：使得多个隔离区108的掺杂浓度大于多个沟道形成区107的掺杂浓度；使得栅极电介质层105的与多个沟道形成区107接触的部分的厚度小于栅极电介质层105的其余部分的厚度；适当地设置沟道形成区的尺寸、相邻的光电二极管之间的间距和/或相邻的浮置扩散区之间的间距；或者上述三种方式的任意组合。即，可以通过调整掺杂浓度或调整相应部件的尺寸来容易地确保第一阈值电压小于第二阈值电压。
在一些实施例中，每个隔离区还可以包括设置在相邻的两个浮置扩散区之间的第一沟槽隔离结构和/或设置在相邻的两个沟道形成区之间的第二沟槽隔离结构和/或设置在相邻的两个光电二极管之间的第三沟槽隔离结构。第一沟槽隔离结构、第二沟槽隔离结构和/或第三沟槽隔离结构可以是形成在衬底101中的深沟槽隔离。其中第一沟槽隔离结构和第二沟槽隔离结构可以一体地形成，或者第二沟槽隔离结构和第三沟槽隔离结构可以一体地形成。在一个实施例中，第三沟槽隔离结构可以通过从衬底101的背侧向衬底中心蚀刻来形成，并且可以在对衬底进行减薄的步骤之后进行。
与传统的图像传感器相比，根据本公开的实施例的图像传感器100存在诸多优点。
首先，在传统的图像传感器中，光电二极管、栅极结构与浮置扩散区都沿着衬底的上表面水平地排列。与此不同，本公开提供了一种全新的将浮置扩散区与光电二极管在垂直于衬底表面的方向上排列的像素单元结构，即，将浮置扩散区沿垂直于衬底表面的方向设置在光电二极管上方，这有效减小了像素单元的面积。相对于现有的图像传感器，在感测能力相当的情况下，根据本公开的实施例的像素单元的面积更小、集成度更高。而在面积相当的情况下，根据本公开的实施例的图像传感器的像素单元可以具有更大的光电二极管尺寸与浮置扩散区，因而，光电二极管产生电荷的能力和浮置扩散区存储电荷的能力得到提升，从而可以提高像素单元的动态范围(最亮与最暗情况的比值)，降低噪声对像素单元的影响，以及提高信噪比。注意，根据本公开的实施例的像素单元的感测能力相当于四个传统的像素单元，因此应将其面积与四个传统像素单元的面积之和进行比较。
第二，如本领域技术人员所了解的，在每个像素单元内，光电转换部件的感光面积在整个像素单元的面积中所占的比例越大，则像素单元的感测性能(例如，感光效率、信噪比等)越好。根据本公开的新颖的垂直结构的像素单元极大提高了感光面积在整个像素单元的面积中所占的比例，从而使得在像素单元面积一定的情况下大幅提高像素单元的感光面积，以及在缩小像素单元尺寸的情况下仍然保持足够的感光面积。
第三，与传统的图像传感器相比，根据本公开的实施例的新颖的像素单元结构不仅有利于增大像素单元的有效感光面积，还通过将浮置扩散区和光电二极管分别设置在衬底的两侧，而为两者的布置留下了充足的空间和自由度，使得浮置扩散区能够设置的更深而不影响与光电二极管的电连通，从而使得在面积受限的情况下能够设置电荷容量更大的浮置扩散区。
第四，在传统的图像传感器中，需要为每个光电二极管设置对应的传输控制栅极。而在本公开的实施例中，每个像素单元内可以只设置一个栅极结构，即每个像素单元内的多个光电二极管共享一个传输控制栅极。当对像素单元中的栅极施加适当的电压，多个光电二极管中的每个都与多个浮置扩散区中的相应的一个浮置扩散区电连通。例如，如图1A至图1D所示，每个光电二极管102a、102b、102c和102d以及每个浮置扩散区106a、106b、106c和106d都围绕栅极结构103设置并且与栅极电介质层105接触，因此，向栅极104施加合适的电压时可以同时控制像素单元内每对光电二极管与浮置扩散区(例如，光电二极管102a与浮置扩散区106a，光电二极管102b与浮置扩散区106b，光电二极管102c与浮置扩散区106c，光电二极管102d与浮置扩散区106d)之间的电荷传输。通过这样的布置，一方面，由于栅极结构数量大大减少，像素单元的面积进一步减小，使得前述优势进一步增强。另一方面，当向这些光电二极管与浮置扩散区所共享的栅极施加适当的电压时，沟道相应地形成在每个浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域之间的沟道形成区中，使得每个浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通，从而像素单元内所有的浮置扩散区能够同时从其对应的光电二极管获取电荷。此外，同一像素单元内所有的浮置扩散区也可以一起进行复位。即，相对于传统的图像传感器，根据本公开的图像传感器不仅面积更小、感测性能更强，还更易于控制。
进一步的，由于本公开提供的图像传感器在一个像素单元内具有多个光电二极管及相应的浮置扩散区，因此可以认为在一个像素单元内设置有多个子像素单元。每个像素单元内的多个子像素单元之间通过多个隔离区隔开，并且共享一个栅极结构。每个子像素单元包括一个光电二极管和对应的浮置扩散区以及设置在这两者之间的沟道形成区，其功能相当于传统图像传感器中的一个像素单元。以图1A至图1D所示的像素单元为例，其可以包括第一子像素单元、第二子像素单元、第三子像素单元和第四子像素单元。其中，第一子像素单元包括光电二极管102a、浮置扩散区106a和沟道形成区107a，第二子像素单元包括光电二极管102b、浮置扩散区106b和沟道形成区107b，第三子像素单元包括光电二极管102c、浮置扩散区106c和沟道形成区107c，并且第四子像素单元包括光电二极管102d、浮置扩散区106d和沟道形成区107d。第一子像素单元、第二子像素单元、第三子像素单元和第四子像素单元共享栅极结构103。第一子像素单元、第二子像素单元、第三子像素单元和第四子像素单元中的每个的功能都相当于一个传统的像素单元。
在传统的图像传感器中，一般会在像素单元的辐射感测部件上方覆盖彩色滤色器。常用的做法包括覆盖RGB三色滤色器，以1:1:2的红蓝绿比例由四个像素单元构成一个彩色像素单元组(即红色滤色器、蓝色滤色器分别覆盖一个像素，剩下的两个像素都覆盖绿色滤色器)。而在根据本公开的实施例的图像传感器的每个像素单元中，可以在第一子像素单元上方设置红色滤色器以使得光电二极管102a用于感测红光，可以在第三子像素单元上方设置蓝色滤色器以使得光电二极管102c用于感测蓝光，并且可以在第二子像素单元和第四子像素单元上方设置绿色滤色器以使得光电二极管102b、102d用于感测绿光。这四个子像素单元的有效感光面积可以相同，从而实现上述1:1:2的红蓝绿比例。这四个子像素单元的滤色器设置也可以根据具体情况进行改变(例如，四色CCD技术可以将其中的一个绿色滤色器换为翡翠绿色(Emerald，可以称为E通道)，由此组成新的R、G、B、E四色方案)，并且各个子像素单元的感光面积也可以根据具体情况进行变化。在本公开的实施例提供的图像传感器中，可以在一个像素单元内就实现色彩比例合适的彩色像素，同时对通过感测辐射所得的电信号的读取彼此并不会发生干扰。
除了使用如图1A至图1D所示的每个像素单元中四个子像素单元尺寸相同的图像传感器100来实现彩色的像素单元之外，还可以使每个像素单元包括分别用于感测红光、蓝光和绿光的三个子像素单元，每个子像素单元的尺寸可以根据感测红光、蓝光、绿光的需要来设置。作为示例，下面结合图2A和图2B来描述根据本公开的另一个实施例的图像传感器200。
需要注意的是，图像传感器200是图像传感器100的变型例，两者的区别仅在于每个像素单元内的子像素单元的数量和尺寸分配不同，因此对于图像传感器100的相应描述也适用于图形传感器200，并且省略对于它们所共有的一些结构、部件、元素等的描述。
图2A示意性地示出了图像传感器200的俯视图，以及图2B示意性地示出了图像传感器200的仰视图。图像传感器200可以包括衬底201以及设置在衬底201中的至少一个像素单元。每个像素单元可以包括：栅极结构(包括嵌入在衬底201中的栅极204和设置在衬底201中并且围绕栅极204的底面和侧面的栅极电介质层205)、设置在衬底201中邻近上表面处的多个浮置扩散区206a、206b、206c、与多个浮置扩散区一一对应地设置在其下方的多个光电二极管202a、202b、202c以及设置在多个浮置扩散区206与多个光电二极管202之间的多个沟道形成区(图中未示出)。图像传感器200的每个像素单元还可以包括隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个光电二极管和相应的两个沟道形成区的多个隔离区208a、208b、208c。从图2A和2B中可以看出，隔离区208a隔开浮置扩散区206a与206b并隔开光电二极管202a与202b，隔离区208b隔开浮置扩散区206b与206c并隔开光电二极管202b与202c，并且隔离区208c隔开浮置扩散区206c与206a并隔开光电二极管202c与202a。其中，浮置扩散区206a、206b、206c各自的电荷容量之比为1:1:2，并且其中，光电二极管202a、202b、202c各自的感光面积之比为1:1:2。可以认为图像传感器200的每个像素单元具有包括浮置扩散区206a和光电二极管202a的第一子像素单元、包括浮置扩散区206b和光电二极管202b的第二子像素单元以及包括浮置扩散区206c和光电二极管202c的第三子像素单元，其中第一子像素单元可以用于感测红光，第二子像素单元可以用于感测蓝光，第三子像素单元可以用于感测绿光。由此，可以在一个具有三个子像素单元的像素单元内实现色彩比例合适的彩色像素。
相较与传统的图像传感器，图2A和2B所示的图像传感器200不仅具有图1A-1C所示的图像传感器100的全部优点，还根据1:1:2的红蓝绿比例设置了不同面积的子像素单元，这在确保感测能力的同时减少了子像素单元的数量从而简化了图像传感器的工作流程并缩短了工作时间。
下面结合图3以及图4A至图4H描述根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法。其中，图3示出了根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法的示例流程图，并且图4A至图4H示意性地示出了与图3所示的方法的部分步骤对应的图像传感器的示意性剖视图。本领域技术人员将理解，结合图3以及图4A至图4H描述的图像传感器的制造方法可以用于制造如图1A-1C中的图形传感器100和如图2A-2B中的图像传感器200，因此前述对于图像传感器100和图像传感器200的相应描述也适用于此。
根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法200可以包括步骤S302和步骤S304。在步骤S302处，提供衬底，该衬底可以如以上所讨论的具有第二掺杂类型的有源区(参考图4A的衬底101)。在步骤S304处，在衬底中形成至少一个像素单元。
形成每个像素单元可以包括步骤S3041、步骤3042、步骤3043、步骤3044和步骤3045中的部分或全部。在步骤S3041处，在衬底中形成彼此分离的多个光电二极管(参考图4B的光电二极管102)，这些光电二极管102各自包括具有第一掺杂类型的第一区域。第一区域可以通过对衬底的部分进行第一掺杂类型的掺杂处理来形成。此外，还可以对与第一区域相邻的衬底的部分进行第二掺杂类型的掺杂处理来使得光电二极管包括具有第二掺杂类型的第二区域。
在步骤S3042处，在衬底中形成栅极结构，该栅极结构包括嵌入在衬底中的栅极以及设置在衬底中并且围绕栅极的底面和侧面的栅极电介质层，其中栅极电介质层与每个光电二极管的第一区域接触。参考图4C-图4E来描述形成栅极结构的过程，该过程包括：如图4C所示，(例如通过蚀刻处理)在衬底101的上表面处形成用于容纳栅极结构的开口13，开口13的部分侧壁和/或部分底壁暴露出每个光电二极管102的第一区域的至少一部分；如图4D所示，形成覆盖开口13的底面和侧面的栅极电介质层105；以及，如图4E所示，在开口13中的栅极电介质层105上形成栅极104。其中，形成开口13的步骤可以包括：在衬底101的表面形成第一掩模层(图中未示出)，该第一掩模层暴露出衬底101的即将用来形成开口13的区域；以第一掩模层为掩模对衬底101进行刻蚀从而形成开口13，刻蚀的工艺包括但不限于干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺。其中，栅极电介质层105的材料的示例包括但不限于氧化硅等，栅极电介质层105的形成工艺包括但不限于化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或者物理气相沉积工艺。其中，当从垂直于衬底101的表面的方向看时，栅极104的形状可以是圆形或矩形等。栅极104的材料的示例可以包括但不限于多晶硅、掺杂多晶硅(诸如，掺杂有磷离子的多晶硅、掺杂有砷离子的多晶硅、掺杂有锑离子的多晶硅)、金属(诸如铜)等，栅极104的形成工艺包括但不限于化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或者物理气相沉积工艺。
可选地，在步骤S3043处，参考图4F，可以通过例如离子注入工艺等在每个光电二极管的第一区域上方与栅极结构相邻的衬底部分处形成具有第二掺杂类型的沟道形成区107。另外，也可以不包括步骤S3043，而是将每个光电二极管的第一区域与之后形成的对应的浮置扩散区之间的衬底部分作为相应的沟道形成区。
在步骤S3044处，参考图4G，在衬底中邻近上表面处形成彼此分离并且围绕栅极结构103的多个浮置扩散区106，这些浮置扩散区106与之前形成的光电二极管102一一对应地设置在光电二极管106上方并且与栅极电介质层105接触。其中，可以通过例如离子注入工艺等使多个浮置扩散区106具有第一掺杂类型。
在步骤S3045处，参考图4H，形成多个隔离区108，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。虽然图4H只示出了隔离区108a在相邻两个光电二极管102a、102b之间的部分，但是隔离区108a还包括在相邻两个浮置扩散区106a、106b之间的部分和相邻两个沟道形成区107a、107b之间的部分。隔离区能够有效地防止相邻光电二极管之间、相邻沟道形成区之间、相邻浮置扩散区之间的电学串扰。
根据本公开的实施例的用于形成图像传感器的方法200还可以使得：当对栅极104施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区106与相应的光电二极管102的第一区域导通；当不对栅极104施加电压或者对栅极104施加的电压小于第二阈值时，多个隔离区108使得多个浮置扩散区106彼此电隔离、多个光电二极管102彼此电隔离并且多个沟道形成区107彼此电隔离，其中，第一阈值小于第二阈值。
像素单元可以形成在衬底101中的具有第二掺杂类型的有源区中，并且沟道形成区可以是该有源区的一部分。在一些实施例中，多个隔离区108也可以是该有源区的一部分，即具有第二掺杂类型，在这种情况下，使得第一阈值电压小于第二阈值电压可以通过以下方式实现：使得多个隔离区108的掺杂浓度大于多个沟道形成区107的掺杂浓度；使得栅极电介质层105的与多个沟道形成区107接触的部分的厚度小于栅极电介质层105的其余部分的厚度；适当地设置沟道形成区的尺寸、相邻的光电二极管之间的间距和/或相邻的浮置扩散区之间的间距，或者上述三种方式的任意组合。即，可以通过调整掺杂浓度或调整相应部件的尺寸来容易地确保第一阈值电压小于第二阈值电压。
在一些实施例中，形成多个隔离区还可以包括在相邻的两个浮置扩散区之间形成第一沟槽隔离结构和/或在相邻的两个沟道形成区之间形成第二沟槽隔离结构和/或在相邻的两个光电二极管之间形成第三沟槽隔离结构。形成这些沟槽隔离结构的方法可以包括例如首先通过刻蚀形成沟槽然后在沟槽内填充绝缘材料。这可以确保第一阈值电压小于第二阈值电压，从而可以通过向栅极施加适当电压(例如，大于第一阈值并且小于第二阈值)来实现在保持多个浮置扩散区106彼此电隔离、多个光电二极管102彼此电隔离并且多个沟道形成区107彼此电隔离的同时仅使每个浮置扩散区106与相应的一个光电二极管102的第一区域导通。
注意，形成多个隔离区108的步骤可以在任意适当的时间进行，并不受到任何限制。例如，形成多个隔离区108的步骤可以在形成多个光电二极管之前执行，可以在形成多个光电二极管之后执行，可以在形成多个浮置扩散区之前执行，也可以在形成多个浮置扩散区之后执行，等等。当使用包括第一沟槽隔离结构、第二沟槽隔离结构和/或第三沟槽隔离结构的隔离区时，可以在形成第一沟槽隔离结构和第二沟槽隔离结构之后形成浮置扩散区，也可以在形成第三沟槽隔离结构之后形成光电二极管。
此外，形成的多个光电二极管的形状可以相同或者不同，尺寸可以相同或不同，并且形成的多个浮置扩散区的形状可以相同或者不同，尺寸可以相同或不同。优选地，多个光电二极管的尺寸相同，并且多个浮置扩散区的尺寸相同。
在一些实施例中，可以在一个像素单元内形成三个浮置扩散区(分别是第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区)和三个光电二极管(分别是第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管)，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区一一对应地位于第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管上方，并且其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比被设置为1:1:2，而第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比被设置为1:1:2。在一个实施例中，可以针对第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管分别设置不同颜色的滤色器，用于分别感测不同颜色的光。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1、一种图像传感器，包括：衬底；以及设置在所述衬底中的至少一个像素单元，每个像素单元包括：栅极结构，包括：栅极，嵌入在所述衬底中；以及栅极电介质层，设置在所述衬底中并且围绕所述栅极的底面和侧面；多个浮置扩散区，彼此分离地设置在所述衬底中邻近上表面处，所述多个浮置扩散区围绕所述栅极结构并且与所述栅极电介质层接触；多个光电二极管，彼此分离地设置在所述衬底中，所述多个光电二极管与所述多个浮置扩散区一一对应地设置在所述多个浮置扩散区下方并且与所述栅极电介质层接触，其中，所述多个浮置扩散区具有第一掺杂类型，并且所述多个光电二极管各自包括具有第一掺杂类型的第一区域；以及多个沟道形成区，每个沟道形成区设置在相应的一个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间，并且具有第二掺杂类型。
2、根据1所述的图像传感器，每个像素单元还包括：多个隔离区，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。
3、根据2所述的图像传感器，当对所述栅极施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通；以及当不对所述栅极施加电压或者对所述栅极施加的电压小于第二阈值时，所述多个隔离区使得所述多个浮置扩散区彼此电隔离、所述多个光电二极管彼此电隔离并且所述多个沟道形成区彼此电隔离；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
4、根据3所述的图像传感器，所述多个隔离区具有第二掺杂类型，并且掺杂浓度大于所述多个沟道形成区的掺杂浓度。
5、根据3所述的图像传感器，每个隔离区包括设置在相邻的两个浮置扩散区之间的第一沟槽隔离结构。
6、根据3所述的图像传感器，每个隔离区包括设置在相邻的两个沟道形成区之间的第二沟槽隔离结构。
7、根据3所述的图像传感器，每个隔离区包括设置在相邻的两个光电二极管之间的第三沟槽隔离结构。
8、根据3所述的图像传感器，所述栅极电介质层的与所述多个沟道形成区接触的部分的厚度小于所述栅极电介质层的其余部分的厚度。
9、根据1至8中任一项所述的图像传感器，所述多个浮置扩散区的尺寸相同。
10、根据9所述的图像传感器，所述多个光电二极管的尺寸相同。
11、根据1至8中任一项所述的图像传感器，所述多个浮置扩散区包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比为1:1:2。
12、根据11所述的图像传感器，所述多个光电二极管包括与第一浮置扩散区对应的第一光电二极管、与第二浮置扩散区对应的第二光电二极管以及与第三浮置扩散区对应的第三光电二极管，其中，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比为1:1:2。
13、根据1至8中任一项所述的图像传感器，当从垂直于所述衬底的表面的方向看时，所述栅极的形状为圆形或矩形。
14、一种用于形成图像传感器的方法，包括：提供衬底；以及在所述衬底中形成至少一个像素单元，其中，形成每个像素单元包括：在所述衬底中形成彼此分离的多个光电二极管，所述多个光电二极管各自包括具有第一掺杂类型的第一区域；在所述衬底中形成栅极结构，所述栅极结构包括：栅极，嵌入在所述衬底中；以及栅极电介质层，设置在所述衬底中并且围绕所述栅极的底面和侧面，其中，所述栅极电介质层与所述多个光电二极管的第一区域接触；在所述衬底中邻近上表面处形成彼此分离并且围绕所述栅极结构的多个浮置扩散区，所述多个浮置扩散区与所述多个光电二极管一一对应地设置在所述多个光电二极管上方并且与所述栅极电介质层接触，其中，所述多个浮置扩散区具有第一掺杂类型；以及其中，在每个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间都设置有具有第二掺杂类型的沟道形成区。
15、根据14的方法，其中，形成所述栅极结构包括：在所述衬底的上表面处形成开口，所述开口暴露出每个光电二极管的第一区域的至少一部分；形成覆盖所述开口的底面和侧面的栅极电介质层；以及在所述栅极电介质层上形成栅极。
16、根据14的方法，形成每个像素单元还包括：形成多个隔离区，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。
17、根据16所述的方法，当对所述栅极施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通；以及当不对所述栅极施加电压或者对所述栅极施加的电压小于第二阈值时，所述多个隔离区使得所述多个浮置扩散区彼此电隔离、所述多个光电二极管彼此电隔离并且所述多个沟道形成区彼此电隔离；其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
18、根据17所述的方法，其中，形成所述多个隔离区包括使所述多个隔离区具有第二掺杂类型，并且掺杂浓度大于所述沟道形成区的掺杂浓度。
19、根据17所述的方法，其中，形成每个隔离区包括在相邻的两个浮置扩散区之间形成第一沟槽隔离结构。
20、根据17所述的方法，其中，形成每个隔离区包括在相邻的两个沟道形成区之间形成第二沟槽隔离结构。
21、根据17所述的方法，其中，形成每个隔离区包括在相邻的两个光电二极管之间形成第三沟槽隔离结构。
22、根据17所述的方法，其中，所述栅极电介质层的与所述沟道形成区接触的部分的厚度小于所述栅极电介质层的其余部分的厚度。
23、根据14至22中任一项所述的方法，所述多个浮置扩散区的尺寸相同。
24、根据23所述的方法，所述多个光电二极管的尺寸相同。
25、根据12至22中任一项所述的方法，形成所述多个浮置扩散区包括形成第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比被设置为1:1:2。
26、根据25所述的方法，形成所述多个光电二极管包括形成与第一浮置扩散区对应的第一光电二极管、与第二浮置扩散区对应的第二光电二极管以及与第三浮置扩散区对应的第三光电二极管，其中，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比被设置为1:1:2。
27、根据14至22中任一项所述的方法，还包括：将所述开口的形状设置为，当从垂直于所述衬底的表面的方向看时，是圆形的或矩形的。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其它取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
另外，本文的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其它各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (27)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
衬底；以及
设置在所述衬底中的至少一个像素单元，每个像素单元包括：
栅极结构，包括：
栅极，嵌入在所述衬底中；以及
栅极电介质层，设置在所述衬底中并且围绕所述栅极的底面和侧面；
多个浮置扩散区，彼此分离地设置在所述衬底中邻近上表面处，所述多个浮置扩散区围绕所述栅极结构并且与所述栅极电介质层接触；
多个光电二极管，彼此分离地设置在所述衬底中，所述多个光电二极管与所述多个浮置扩散区一一对应地设置在所述多个浮置扩散区下方并且与所述栅极电介质层接触，其中，所述多个浮置扩散区具有第一掺杂类型，并且所述多个光电二极管各自包括具有第一掺杂类型的第一区域；以及
多个沟道形成区，每个沟道形成区设置在相应的一个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间，并且具有第二掺杂类型。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个像素单元还包括：
多个隔离区，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，
当对所述栅极施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通；以及
当不对所述栅极施加电压或者对所述栅极施加的电压小于第二阈值时，所述多个隔离区使得所述多个浮置扩散区彼此电隔离、所述多个光电二极管彼此电隔离并且所述多个沟道形成区彼此电隔离；
其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述多个隔离区具有第二掺杂类型，并且掺杂浓度大于所述多个沟道形成区的掺杂浓度。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，每个隔离区包括设置在相邻的两个浮置扩散区之间的第一沟槽隔离结构。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，每个隔离区包括设置在相邻的两个沟道形成区之间的第二沟槽隔离结构。
7.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，每个隔离区包括设置在相邻的两个光电二极管之间的第三沟槽隔离结构。
8.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述栅极电介质层的与所述多个沟道形成区接触的部分的厚度小于所述栅极电介质层的其余部分的厚度。
9.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的图像传感器，其特征在于，所述多个浮置扩散区的尺寸相同。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述多个光电二极管的尺寸相同。
11.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的图像传感器，其特征在于，所述多个浮置扩散区包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比为1:1:2。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述多个光电二极管包括与第一浮置扩散区对应的第一光电二极管、与第二浮置扩散区对应的第二光电二极管以及与第三浮置扩散区对应的第三光电二极管，其中，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比为1:1:2。
13.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的图像传感器，其特征在于，当从垂直于所述衬底的表面的方向看时，所述栅极的形状为圆形或矩形。
14.一种用于形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
提供衬底；以及
在所述衬底中形成至少一个像素单元，其中，形成每个像素单元包括：
在所述衬底中形成彼此分离的多个光电二极管，所述多个光电二极管各自包括具有第一掺杂类型的第一区域；
在所述衬底中形成栅极结构，所述栅极结构包括：
栅极，嵌入在所述衬底中；以及
栅极电介质层，设置在所述衬底中并且围绕所述栅极的底面和侧面，其中，所述栅极电介质层与所述多个光电二极管的第一区域接触；
在所述衬底中邻近上表面处形成彼此分离并且围绕所述栅极结构的多个浮置扩散区，所述多个浮置扩散区与所述多个光电二极管一一对应地设置在所述多个光电二极管上方并且与所述栅极电介质层接触，其中，所述多个浮置扩散区具有第一掺杂类型；以及
其中，在每个浮置扩散区与相应的一个光电二极管的第一区域之间都设置有具有第二掺杂类型的沟道形成区。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，其中，形成所述栅极结构包括：
在所述衬底的上表面处形成开口，所述开口暴露出每个光电二极管的第一区域的至少一部分；
形成覆盖所述开口的底面和侧面的栅极电介质层；以及
在所述栅极电介质层上形成栅极。
16.根据权利要求14的方法，其特征在于，形成每个像素单元还包括：
形成多个隔离区，每个隔离区隔开相邻的两个浮置扩散区、相应的两个沟道形成区以及相应的两个光电二极管。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
当对所述栅极施加的电压大于第一阈值时，沟道形成在每个沟道形成区中并使得相应的浮置扩散区与相应的光电二极管的第一区域导通；以及
当不对所述栅极施加电压或者对所述栅极施加的电压小于第二阈值时，所述多个隔离区使得所述多个浮置扩散区彼此电隔离、所述多个光电二极管彼此电隔离并且所述多个沟道形成区彼此电隔离；
其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，形成所述多个隔离区包括使所述多个隔离区具有第二掺杂类型，并且掺杂浓度大于所述沟道形成区的掺杂浓度。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，形成每个隔离区包括在相邻的两个浮置扩散区之间形成第一沟槽隔离结构。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，形成每个隔离区包括在相邻的两个沟道形成区之间形成第二沟槽隔离结构。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，形成每个隔离区包括在相邻的两个光电二极管之间形成第三沟槽隔离结构。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，所述栅极电介质层的与所述沟道形成区接触的部分的厚度小于所述栅极电介质层的其余部分的厚度。
23.根据权利要求14至22中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述多个浮置扩散区的尺寸相同。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述多个光电二极管的尺寸相同。
25.根据权利要求14至22中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，形成所述多个浮置扩散区包括形成第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区的电荷容量之比被设置为1:1:2。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，形成所述多个光电二极管包括形成与第一浮置扩散区对应的第一光电二极管、与第二浮置扩散区对应的第二光电二极管以及与第三浮置扩散区对应的第三光电二极管，其中，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管各自的感光面积之比被设置为1:1:2。
27.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述开口的形状设置为，当从垂直于所述衬底的表面的方向看时，是圆形的或矩形的。
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