CN114078895B - 具有穿硅鳍片转移门的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种具有穿硅鳍片转移门的图像传感器。一种装置包含光电二极管、浮动扩散区、转移门及沟道区。所述光电二极管经安置在半导体材料中。所述光电二极管经耦合以响应于入射光而生成电荷。所述浮动扩散区经安置在所述半导体材料中。所述转移门经安置在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间。与所述转移门相关联的所述沟道区靠近所述转移门位于所述半导体材料中。所述转移门经耦合以响应于经耦合以由所述转移门接收的转移信号而通过所述沟道区将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区。所述转移门包含延伸到所述半导体材料及所述光电二极管中的多个鳍片结构。

Description

具有穿硅鳍片转移门的图像传感器
技术领域
本公开大体上涉及图像传感器，特定来说，涉及具有包含转移门的像素的图像传感器。
背景技术
图像传感器可用于各种装置中，包含相机、传感器及消费电子产品。典型的图像传感器如下操作。来自外部场景的图像光入射在图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。图像传感器中包含的光敏元件，例如光电二极管，各自在吸收图像光之后生成图像电荷。经生成图像电荷的量与图像光的强度成比例。经生成图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。图像传感器可包含具有控制何时将光电二极管中的光生电荷传输到浮动扩散区的转移门的像素。
随着图像传感器及作为感测阵列的部分的个别成像像素的大小不断减小，更高效地捕获照射感测阵列的入射光是很重要的。因此，更高效地捕获入射光有助于维持或改善由大小不断减小的感测阵列捕获的电子图像的质量。例如，可通过减少图像滞后来改善电子图像的质量。图像滞后可能由像素的光电二极管区中尚未从暴露于先前捕获的图像移除的(若干)电荷所引起，从而使图像质量降级。因此，需要减少光电二极管中的图像滞后以改善感测阵列的图像质量。
发明内容
本公开的一方面提供一种装置，其包括：光电二极管，其经安置在半导体材料中，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而生成电荷；浮动扩散区，其经安置在所述半导体材料中；转移门，其经安置在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间，其中所述转移门包含延伸到所述半导体材料及所述光电二极管中的多个鳍片结构；及沟道区，其与所述转移门相关联，所述沟道区靠近所述转移门安置在所述半导体材料中，其中所述转移门经耦合以响应于经耦合以由所述转移门接收的转移信号而通过所述沟道区将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区。
本发明的另一方面提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含布置成多个行及多个列的多个像素，其中所述像素中的每一者包含：光电二极管，其经安置在半导体材料中，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而生成电荷；浮动扩散区，其经安置在所述半导体材料中；转移门，其经安置在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间，其中所述转移门包含延伸到所述半导体材料及所述光电二极管中的多个鳍片结构；及沟道区，其靠近所述转移门位于所述半导体材料中，其中所述转移门经耦合以响应于经耦合以由所述转移门接收的转移信号而通过所述沟道区将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区；控制电路系统，其经耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路系统，其经耦合到所述像素阵列以从所述多个像素读出图像数据。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性及非详尽性实施例，其中除非另有指定，否则贯穿各个视图类似参考数字是指类似部件。
图1说明根据本发明的教示的实例装置的俯视图。
图2说明根据本发明的教示的装置的实例横截面图。
图3说明根据本发明的教示的装置的另一实例横截面图。
图4说明根据本发明的教示的装置的又一实例横截面图。
图5说明根据本发明的教示的装置的再一实例横截面图。
图6是说明根据本发明的教示的具有像素阵列的成像系统的一个实例的图。
贯穿附图的若干视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将明白，附图中的元件是为了简单及清楚而说明且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被扩大以帮助改善对本发明的各种实施例的理解。而且，通常未描绘商业上可行的实施例中有用或必需的常见但易于理解的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的更清晰观察。
具体实施方式
本文中公开涉及图像传感器及装置以及用于制造图像传感器的方法的实例。在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对所述实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在没有所述特定细节中的一或多者的情况下或利用其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，未详细地展示或描述众所周知的结构、材料或操作以便避免模糊某些方面。
贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的引用意指结合实例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”不一定全部指同一实例。此外，可在一或多个实例中以任何合适方式组合特定特征、结构或特性。
术语半导体衬底可指使用例如硅、硅-锗、锗、砷化镓及其组合的半导体形成的衬底。术语半导体衬底还可指由一或多种半导体形成、经受在衬底中形成区及/或结的先前工艺步骤的衬底。半导体衬底还可包含各种特征，例如掺杂及非掺杂半导体、硅外延层及形成在衬底上的其它半导体结构。
贯穿本说明书，使用若干技术术语。这些术语将具有其在其所属领域中的普通含义，除非本文中明确地定义或其使用背景将另有清楚地指示。应注意，贯穿本文献，元素名称及符号可互换地使用(例如，Si对比硅)；然而，两者具有相同含义。
图像传感器可包含形成在半导体材料中的许多个别像素，每一像素可包含光电二极管。当入射光在积分周期或曝光时间期间进入光电二极管时，每一光电二极管生成一或多个电荷。电荷通过沟道区转移到漏极。漏极可为浮动漏极(通常称为浮动扩散区)。沟道区允许(若干)光生电荷基于施加到转移门的电压转移到浮动扩散区。转移门的电压由控制器控制。转移门的形状及位置以及光电二极管的掺杂分布影响沟道区可以其将电荷从光电二极管传递到浮动扩散区的速度及电阻。转移到浮动扩散区的电荷由控制器读出。
如将论述，本文中所公开的实例图像传感器及像素具有在读出由光电二极管生成的电荷的速度及准确度方面改善像素性能的架构。在一个实例中，转移门包含沿着转移门的沟道宽度方向形成的鳍片结构，这增加了与形成在光电二极管与漏极(浮动扩散区)之间的转移门相关联的沟道区的有效沟道宽度。这提供高转移电流，从而允许电荷直接从光电二极管到浮动扩散区的高速行进，由此减少图像滞后问题且还实现更好的泄漏控制。
图1说明根据本发明的教示的实例装置100的俯视图。在实施例中，装置100可为图像传感器，例如CMOS图像传感器装置。在实施例中，装置100可为图像传感器的部分，例如像素单元。装置100可经形成在半导体材料或半导体衬底(例如硅衬底)中且可包含隔离层110、一或多个光电二极管120、转移门130及浮动扩散区140。图1说明四共享像素布局，其中像素单元中的四个光电二极管120通过相应转移门130耦合到浮动扩散区140，且各自通过相应转移门130将光生电荷从相应光电二极管120转移到浮动扩散区140，例如在标记为e-的箭头的方向上。
隔离层110可环绕光电二极管120中的每一者且将每一光电二极管120与装置100的邻近光电二极管及其它组件(例如，像素晶体管)电隔离。隔离层110可由具有与光电二极管的导电类型相反的导电类型且具有与半导体材料相同的导电类型的植入隔离阱形成。在实施例中，环绕光电二极管120的隔离层110的部分可通过深沟槽隔离或P型掺杂植入来形成。如下文进一步详细描述，隔离层110可经形成在光电二极管120上方及下方。
光电二极管120包含由N型掺杂区形成在半导体材料(例如，P型掺杂半导体材料)中的光电二极管区。光电二极管120可通过例如磷、砷的N型掺杂剂的离子植入来形成。光电二极管120具有与半导体材料的导电类型相反的导电类型。光电二极管120可以使得入射光致使光电二极管120例如通过光电二极管的光电二极管区中的光吸收光生及积累一或多个电荷的方式布置在半导体材料中。在一些实施例中，光电二极管120的光电二极管区可具有跨光电二极管的光电二极管区的植入深度的梯度掺杂浓度分布。在一些实施例中，光电二极管120中的每一者呈钉扎光电二极管的形式。例如，光电二极管120中的每一者是使用P型半导体材料、植入到P型半导体材料中的N型掺杂区及在半导体材料的表面与N型掺杂区之间(例如，重P型掺杂)植入到半导体材料中的钉扎层构造的p-n-p钉扎光电二极管。这个钉扎层充当p-n-p光电二极管中的“钉”。
转移门130中的每一者可包含安置在半导体材料表面(例如，前表面)上的平面栅极及安置在半导体材料中的垂直栅极或鳍片栅极(鳍片结构)。转移门130中的每一者可由例如多晶硅材料、金属材料或适合形成栅极电极的其它材料的导电材料形成。在所说明实施例中，转移门130中的每一者包含帽盖部分132(平面栅极)及鳍片结构135(垂直栅极)。在图1中所展示的实例实施例中，转移门130中的每一者包含帽盖部分132及两个鳍片结构135。帽盖部分132经形成在半导体材料的表面(例如，前表面)上。鳍片结构135中的每一者从帽盖部分132延伸到半导体材料中达一定深度。在实施例中，每一鳍片结构的深度小于半导体材料的厚度(例如，2μm到6μm)。例如，每一鳍片结构延伸到半导体材料中的深度的范围可在0.2μm到0.5μm之间。帽盖部分132电连接到转移门130的鳍片结构135，且鳍片结构135并联地电连接。转移门130的鳍片结构135进一步从相应光电二极管120横向地延伸(在长度方向上)到浮动扩散区140，即，沿着相应转移门130的沟道方向延伸。在实施例中，每一鳍片结构135的长度Lfin小于帽盖部分132的长度Lc。然而，转移门130可包含从帽盖部分132延伸且并联地连接的任何数目个鳍片结构135。
所属领域的技术人员应明白，转移门130的沟道长度方向是指光生电荷流动的方向，例如，沿着从光电二极管120到浮动扩散区140的方向(e-的方向)，转移门130的沟道宽度方向是指横跨转移门的方向，例如，沿着跨光电二极管120的光电二极管区的方向。
浮动扩散区140可由具有与光电二极管120相同的导电类型的掺杂区(例如N型掺杂区)形成在半导体材料中。浮动扩散区140可通过例如磷、砷的N型掺杂剂的离子植入来形成。浮动扩散区140可经连接到多个转移门130(在这个实例实施例中是四个)。在装置100的电荷转移操作期间，浮动扩散区140可经由转移门130从多个光电二极管120收集电荷。
在操作中，图像电荷响应于例如通过半导体材料的背侧表面入射在光电二极管120上的光而积累在光电二极管120的相应光电二极管区中。转移门130中的每一者进行操作以响应于转移信号而将积累在每一相应光电二极管120中的图像电荷转移到浮动扩散区140以供后续信号读出。
在替代实施例中，隔离层110可由N型掺杂区形成且光电二极管120及浮动扩散区140可由P型掺杂区形成在N型的半导体材料中。
图2说明根据本发明的教示的装置100的实例横截面图。图2说明沿着图1中的线I-I'的实例横截面。图2中所展示的横截面图说明其中可通过掺杂或蚀刻及沉积来形成区的半导体材料260，包含隔离层210、转移门230、栅极氧化物层250及钝化层270。隔离层210是隔离层110的部分且在光电二极管120之间提供电及/或光学隔离。在实施例中，转移门230可为转移门130，且鳍片结构235中的每一者是鳍片结构135的部分。
转移门230包含靠近半导体材料260安置的帽盖部分232(转移门230的平面栅极部分)，及从帽盖部分232延伸到半导体材料260中的鳍片结构235(转移门230的垂直栅极部分)。在实施例中，鳍片结构235之间的半导体材料区可包含具有与光电二极管120相同的导电类型的轻掺杂区以提供用于使过量电荷从光电二极管120流动到浮动扩散区以例如在装置100的积分期间防止相应光电二极管120饱和的溢出路径。
栅极氧化物层250经安置在转移门230与半导体材料260之间。栅极氧化物层250可通过热氧化或氧化物沉积来形成。在一个实施例中，栅极氧化物层250可通过热氧化工艺在形成转移门230之前以适当厚度生长在半导体材料的表面(例如，前表面)上。在一个实施例中，栅极氧化物层250的厚度的范围可在到/>之间。鳍片结构235沿着转移门230的沟道宽度方向(沿着帽盖232的长度)形成以增加转移门230的有效沟道宽度。在一个实例中，两个垂直沟槽经形成在半导体材料260中，且垂直沟槽从半导体材料260的半导体材料表面(例如，前表面)延伸。栅极氧化物层250经形成，例如经沉积在垂直沟槽中或经生长在垂直沟槽内且与垂直沟槽的侧壁共形。鳍片结构235经安置到垂直沟槽中。在实施例中，鳍片结构235彼此平行地形成。鳍片结构235之间的间距220的范围可在0.05μm到0.5μm之间。
转移门230通过栅极氧化物层250电隔离使得积累在转移门230上的电荷不会流动到装置100的其余部分且同样地，装置100的其余部分中的电荷也不会流动到转移门230。栅极氧化物层250紧挨着帽盖部分232的下侧并置，且紧挨着鳍片结构235并置。栅极氧化物层250经安置在鳍片结构234与半导体材料260之间。栅极氧化物层250可由例如二氧化硅的氧化物形成。钝化层270紧挨着栅极氧化物层250并置地安置在鳍片结构235之间且在鳍片结构235及帽盖部分232下面。在实例中，钝化层270可从紧挨着隔离层210并置的鳍片结构235省略。钝化层270经安置在转移门230的鳍片结构235周围且安置在转移门230的鳍片结构235与半导体材料260之间。在实施例中，鳍片结构235中的每一者进一步延伸到相应光电二极管120的光电二极管区(例如，n型掺杂区)中以在接收到偏置电压(例如，转移信号)直到在半导体材料中建立电场，从而在表面区中及半导体材料深处促进相应光电二极管120与浮动扩散区140之间的电荷转移，缩短转移路径且改善图像滞后。钝化层270钝化形成在鳍片结构235与鳍片结构235的沟槽侧壁处的半导体材料之间的界面处的缺陷以减少暗电流。钝化层270由P型掺杂区形成且可具有与隔离层210类似的掺杂。
应明白，与转移门230相关联的有效沟道宽度是帽盖部分232的宽度Wcap及鳍片结构335的周长(例如，每一鳍片结构235的底部部分的宽度Wfin及每一鳍片结构235的边长Dfin)的组合。
在一些实施例中，鳍片结构235中的每一者延伸到半导体材料260中的深度基本上相同。在一些实施例中，鳍片结构235中的每一者延伸到半导体材料260中的深度可不同，例如一个鳍片结构可比另一者更深地延伸到半导体材料260中。在一些实施例中，鳍片结构235的宽度(例如，鳍片结构235沿着帽盖部分232的宽度的长度)在整个深度上是恒定的。重申一下，鳍片结构235的宽度从鳍片结构235的顶部到底部是相同的。当偏置电压(例如，正电压)经施加到转移门230时，在光电二极管120与浮动扩散区140之间形成沟道。沟道区可靠近转移门230形成在半导体材料区中，例如，在转移门的帽盖部分下面且沿着垂直定向的鳍片结构235形成，从而允许电荷从相应光电二极管120的光电二极管区(或光敏区)传递到浮动扩散区140。光生电荷中的大多数归因于转移门230生成的高电场而通过在鳍片结构235之间且在鳍片结构235下面的沟道区转移到浮动扩散区140，然而，电荷的一部分电荷也将沿着鳍片结构235的侧传递通过隔离层210。
如下文将更详细地解释，施加到转移门230的电压由控制器控制。例如，来自控制器的转移信号可改变施加到转移门230的电压。转移门230经耦合以在帽盖部分232及鳍片结构235下面形成平面沟道，且在鳍片结构235周围并在鳍片结构235之间形成垂直沟道以响应于由转移门230接收的转移信号而将电荷从相应光电二极管120转移到浮动扩散区140。
图3说明根据本发明的教示的装置100的替代实例横截面图。图3可说明在与图1类似的实施例中的沿着线I-I'的实例横截面，但具有三个鳍片结构以进一步增加有效沟道宽度。图3中所展示的横截面图说明半导体材料360、隔离层310、转移门330、栅极氧化物层350及钝化层370。
隔离层310及钝化层370经形成在半导体材料360中。隔离层310是隔离层110的部分且在光电二极管120之间提供电及/或光学隔离。
转移门330包含帽盖部分332及从帽盖部分332延伸到半导体材料360中的三个鳍片结构335。鳍片结构335中的每一者通过半导体材料360而与邻近鳍片结构335分开。通过具有延伸到半导体材料360中的鳍片结构335，光电二极管120与浮动扩散区140之间的转移路径被缩短，且提供更好的泄漏控制。在一些实施例中，鳍片结构335中的每一者以基本上相同深度延伸到半导体材料360中。在一些实施例中，鳍片结构335中的每一者以不同深度延伸到半导体材料360中。例如，中心鳍片结构可经配置以按比其它鳍片结构更短的深度延伸到半导体材料360中。在实施例中，鳍片结构335中的每一者延伸到相应光电二极管120的光电二极管区中以促进电荷转移过程且改善图像滞后。
隔离层310、转移门330、栅极氧化物层350及钝化层370可具有与隔离层210、转移门230、栅极氧化物层250及钝化层270相同的材料性质且类似地定位，区别仅在于转移门330包含三个鳍片结构335而不是两个。
例如，钝化层370是P型掺杂区，其环绕鳍片结构335形成在半导体材料360中以钝化与鳍片结构335相关联的沟槽侧壁上的缺陷，所述缺陷由例如等离子体蚀刻的沟槽形成工艺所引起。额外鳍片结构335的包含可减小电阻且增加转移电流以促进从光电二极管120的光电二极管区通过沟道区到浮动扩散区140的电荷转移流动，由此改善图像滞后问题。与转移门330相关联的沟道区包含帽盖部分下面的平面沟道区及在每一鳍片结构335周围且在鳍片结构335之间的垂直沟道区。然而，额外鳍片结构可能占据更多空间。应明白，可使用任何数目个鳍片结构335。
图4说明根据本发明的教示的装置100的实例横截面图。图4说明沿着图1中的线II-II'的实例横截面。与图2及3相比，图4说明延伸到光电二极管区420中的鳍片结构235。图4中所展示的横截面图说明钉扎层410、光电二极管120的光电二极管区420、转移门230、栅极氧化物层250及钝化层270。在实施例中，转移门230可为转移门130，其中贯穿半导体鳍片结构235中的每一者是贯穿半导体鳍片结构135的部分且包含延伸到相应光电二极管120的光电二极管区420中的区段。
光电二极管区420经形成在半导体材料260中，且钉扎层410靠近半导体材料260的前表面安置在半导体材料中。钉扎层410经形成在半导体材料260的前表面与光电二极管区420之间。钉扎层410起到提供表面钝化以减少暗电流及白色像素的作用。在实施例中，钉扎层410电连接到图1的隔离层110。在一个实施例中，钉扎层410接地。
在一个实施例中，在光电二极管区420与半导体材料260的背侧表面之间存在半导体材料区480。在一个实施例中，半导体材料区480可为半导体材料260的部分。在一个实施例中，半导体材料区480可为掺杂半导体区，例如掺杂有具有与钉扎层410相同的导电类型的掺杂剂。在一个实施例中，半导体材料区480电连接到图1的隔离层110。在一个实施例中，半导体材料区480接地。转移门230包含帽盖部分232与从帽盖部分232延伸到半导体材料260及光电二极管区420中的两个鳍片结构235，其中鳍片结构235的部分延伸到半导体材料中且所述鳍片结构的部分延伸到光电二极管区420中。在半导体材料260中延伸的鳍片结构235的说明请参见图2。转移门230通过栅极氧化物层250电隔离。因而，由鳍片结构235形成的垂直沟道区在接收偏置电压之后延伸到光电二极管120的光电二极管区420中。换句话说，沟道区的一部分经形成在光电二极管120的光电二极管区420内，从而通过在光电二极管120的光电二极管区420与半导体材料内的浮动扩散区140之间提供大转移电流及横向转移路径来促进电荷转移。鳍片结构235延伸到光电二极管区420中通过缩短电荷转移路径并减少将电荷从光电二极管120转移到浮动扩散区140的时间提供优点。
因此，电荷中的绝大多数将在由鳍片结构形成的沟道区(例如，靠近鳍片结构235的侧的沟道区)中行进，其中很少电荷将沿着形成在帽盖部分432下面的平面区行进。鳍片结构235延伸到半导体材料中的深度小于光电二极管420的底部的深度。重申一下，光电二极管120在半导体材料260中的结深度大于多个鳍片结构在半导体材料260中的深度。这提供高转移电流且允许光生电荷从鳍片结构235下方以及从鳍片结构235之间进入沟道区。这种布置允许在鳍片结构235之间建立强电场，从而促进电荷(例如在光电二极管120的侧处且在鳍片结构235下方的电荷)转移到浮动扩散区140且减少电荷移动的延迟及电阻，由此改善图像滞后问题。
图5说明根据本发明的教示的装置100的实例横截面图。图5说明沿着图1中的线III-III'的实例横截面，即，沿着转移门130的沟道方向。图5中所展示的横截面图说明钉扎层410、光电二极管120的光电二极管区420、半导体材料260、转移门230、浮动扩散区540、栅极氧化物层250、隔离层580及钝化层270。转移门230包含帽盖部分232与从帽盖部分232延伸到光电二极管区420及半导体材料260中的鳍片结构235。钉扎层410靠近半导体材料的前表面安置在半导体材料中。在实施例中，隔离层580是在光电二极管120之间提供隔离的P型掺杂阱区。在实施例中，钉扎层410电连接到隔离层580。转移门230通过栅极氧化物层250电隔离。
浮动扩散区540可为浮动扩散区140或浮动扩散区140的部分。浮动扩散区540延伸到半导体材料中达一定深度(例如，结深度)。在一些实施例中，浮动扩散区540可延伸到半导体材料中的深度小于鳍片结构235的底部的深度。重申一下，在半导体材料中延伸的多个鳍片结构235的深度大于浮动扩散区540在半导体材料260中的植入结深度。浮动扩散区540的结深度Dfdr的范围可相对于半导体材料260的前表面在0.2μm到0.4μm之间。浮动扩散区540可与光电二极管120的光电二极管区420垂直地重叠。
当沟道被激活(例如，转移门被偏置电压开启)时，电荷可通过沿着鳍片结构235且在鳍片结构之间形成的沟道区从光电二极管区420横向地转移到浮动扩散区540。重申一下，电荷不必沿着由帽盖部分232形成的平面沟道区行进以便到达浮动扩散区540。这个横向路径(例如，图5中的基本上水平路径)允许用于使光电二极管区420中的电荷行进到浮动扩散区540的最短沟道路径。这还允许在光电二极管区420的整个深度上高效地使用光电二极管420来生成及转移电荷。转移门230经耦合以响应于经耦合以由转移门230接收的转移信号，例如当沟道区因为转移信号增加施加到转移门230的电压而被激活时，通过沟道区将电荷从光电二极管区420转移到浮动扩散区540。
鳍片结构235可延伸到光电二极管120的光电二极管区420中。鳍片结构235可接触浮动扩散区540。在一些实施例中，鳍片结构235可横向地延伸到浮动扩散区540中。这提供减少将电荷转移到浮动扩散区540的电阻及时间的优点。
图6是说明根据本发明的教示的具有像素阵列605的成像系统600的一个实例的图。如所描绘实例中所展示，成像系统600包含耦合到控制电路系统635及读出电路系统615的像素阵列605，所述读出电路系统615经耦合到功能逻辑625。
像素阵列605是像素607(例如，像素P1、P2···、Pn)的二维(“2D”)阵列。在一个实施例中，每一像素是互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像像素。应注意，图6的像素阵列605中的每一像素607可包含一或多个光电二极管、转移门及浮动漏极，如上文在图1到5中的实施例中所论述，且下文所引用的类似命名及编号的元件与上文所描述的元件类似地耦合及起作用。像素阵列605可被实施为前照式图像传感器阵列或背照式图像传感器阵列。在一个实施例中，像素阵列605包含像素阵列，例如图1中所描绘的像素。像素阵列605包含多个像素607。如所说明，每一像素607经布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以采集人、地点或物体的图像数据，接着可使用所述图像数据来显现人、地点或物体的2D图像。
在一个实施例中，在每一像素607已采集其图像数据或图像电荷之后，由读出电路系统615读出图像数据且将所述图像数据转移到功能逻辑625。读出电路系统615可包含放大电路系统，例如差分放大器电路系统、模/数(“ADC”)转换电路系统或其它电路系统。
功能逻辑625可包含用于存储图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它方式)来操纵图像数据的逻辑及存储器。在一个实例中，读出电路系统615可沿着读出列线一次读出一行图像数据(所说明)或可使用多种其它技术(未说明)来读出图像数据，例如同时对所有像素进行串行读出或全并行读出。
控制电路系统635经耦合到像素阵列605。控制电路系统635可包含用于控制像素阵列605的操作特性的逻辑及存储器。例如，控制电路系统635可生成用于控制图像采集的快门信号。在一个实施例中，快门信号是用于同时使像素阵列605内的所有像素607能够在单个采集窗口期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在替代实施例中，快门信号是滚动快门信号，借此在连续采集窗口期间循序地启用每一行、每一列或每一群组的像素。
控制电路系统635可生成转移信号且将转移信号传输到转移门130(图1)以便创建用于使电荷从相应光电二极管120传递到所耦合浮动扩散区140的沟道。浮动扩散区140处接收的电荷可由读出电路系统615读出。在一个实例中，浮动扩散区140处接收的电荷可由放大器或具有由读出电路系统615读取的输出的其它组件放大或缓冲。因此，控制电路系统635及读出电路系统615一起用作控制器以将转移信号传输到转移门且读出经转移电荷。
如通过图像传感器的以上描述可明白，在转移门带有鳍片结构的情况下，装置的性能在读出由光电二极管生成的电荷的速度及准确度两者方面得到改善。
本发明的所说明实例的以上描述，包含摘要中所描述的内容并不意在是详尽性的或限于所公开的精确形式。虽然本文中出于说明性目的而描述本发明的特定实施例及实例，但在不背离本发明的更广泛精神及范围的情况下，各种等效修改是可能的。实际上，应明白，特定实例尺寸、电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释目的而提供且还可在根据本公开的教示的其它实施例及实例中采用其它值。
鉴于以上详细描述，可对本发明的实例进行这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限于说明书及权利要求书中所公开的特定实施例。相反，范围将完全由所附权利要求书确定，所附权利要求书应根据权利要求解释的既定原则来解释。本说明书及附图因此被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (21)

1.一种图像传感器，其包括：
光电二极管，其经安置在半导体材料中，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而生成电荷；
浮动扩散区，其经安置在所述半导体材料中；
转移门，其经安置在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间，其中所述转移门包含延伸到所述光电二极管和所述浮动扩散区中的多个鳍片结构，且其中所述多个鳍片结构从所述光电二极管横向延伸到所述浮动扩散区；及
沟道区，其与所述转移门相关联，所述沟道区靠近所述转移门安置在所述半导体材料中，其中所述转移门经耦合以响应于经耦合以由所述转移门接收的转移信号而通过所述沟道区将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述转移门包含靠近所述半导体材料的前表面安置的帽盖部分，其中所述多个鳍片结构从所述帽盖部分延伸到所述半导体材料中，其中当所述转移门接收偏置电压并导通时，所述电荷的一部分通过沿着所述多个鳍片结构且不沿着所述帽盖部分的所述沟道区从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中通过沿着所述多个鳍片结构形成的所述沟道区从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区的所述电荷的所述部分是通过所述多个鳍片结构之间的所述沟道区转移的所述电荷的大部分。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括安置在所述光电二极管的光电二极管区内并且环绕所述多个鳍片结构的钝化层，其中所述钝化层经安置在所述多个鳍片结构中包括的每一鳍片结构与所述光电二极管的所述光电二极管区之间。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述钝化层从所述光电二极管横向延伸到所述浮动扩散区，且其中所述钝化层还经安置在所述多个鳍片结构与所述浮动扩散区之间。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个鳍片结构从所述半导体材料的前表面延伸的深度大于所述浮动扩散区的结深度，且其中所述光电二极管相对于所述半导体材料的所述前表面的结深度大于所述多个鳍片结构在所述半导体材料中的所述深度。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述浮动扩散区与所述光电二极管中包括的光电二极管区垂直重叠，且其中垂直重叠的光电二极管区和浮动扩散区由所述多个鳍片结构分开。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括栅极氧化物层，所述栅极氧化物层经安置在所述转移门与所述半导体材料之间，且其中所述沟道区包含形成在所述光电二极管的所述光电二极管区中的一部分。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个鳍片结构横向地延伸到所述浮动扩散区中。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括：
多个光电二极管，其经安置在所述半导体材料中，其中所述光电二极管是所述多个光电二极管中的一者；
多个转移门，其经安置在所述半导体材料中，其中所述转移门是所述多个转移门中的一者；
栅极氧化物层，其经安置在所述多个转移门中的每一者与所述半导体材料之间；及
多个沟道区，其在所述半导体材料中，其中所述沟道区是所述多个沟道区中的一者，其中所述多个转移门中的每一者经耦合以响应于多个转移信号中的相应者而通过所述多个沟道区中的相应者将电荷从所述多个光电二极管中的相应者转移到所述浮动扩散区，其中所述转移信号是所述多个转移信号中的一者，所述多个沟道区中的所述相应者具有形成在所述多个光电二极管中的所述相应者的光电二极管区内的一部分。
11.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其包含布置成多个行及多个列的多个像素，其中所述像素中的每一者包含：
光电二极管，其经安置在半导体材料中，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而生成电荷；
浮动扩散区，其经安置在所述半导体材料中；
转移门，其经安置在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间，其中所述转移门包含延伸到所述光电二极管和所述浮动扩散区中的多个鳍片结构，且其中所述多个鳍片结构从所述光电二极管横向延伸到所述浮动扩散区；及
沟道区，其靠近所述转移门位于所述半导体材料中，其中所述转移门经耦合以响应于经耦合以由所述转移门接收的转移信号而通过所述沟道区将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区；
控制电路系统，其经耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及
读出电路系统，其经耦合到所述像素阵列以从所述多个像素读出图像数据。
12.根据权利要求11所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑经耦合到所述读出电路系统以存储来自所述多个像素中的每一者的所述图像数据。
13.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述转移门包含靠近所述半导体材料的前表面安置的帽盖部分，其中所述多个鳍片结构从所述帽盖部分延伸到所述半导体材料及所述光电二极管中，其中所述电荷的一部分经耦合以通过沿着所述多个鳍片结构且不沿着所述帽盖部分的所述沟道区从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区。
14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述沟道区的至少一部分经形成在所述光电二极管的光电二极管区中。
15.根据权利要求13所述的成像系统，其中通过沿着所述多个鳍片结构形成的所述沟道区从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区的所述电荷的所述部分是通过所述多个鳍片结构之间的所述沟道区转移的所述电荷的大部分。
16.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述浮动扩散区与所述光电二极管中包括的光电二极管区垂直重叠，且其中垂直重叠的光电二极管区和浮动扩散区由所述多个鳍片结构分开。
17.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述多个鳍片结构在所述半导体材料中距所述半导体材料的前表面的深度大于所述浮动扩散区在所述半导体材料中的结深度，其中所述光电二极管在所述半导体材料中距所述半导体材料的所述前表面的结深度大于所述多个鳍片结构在所述半导体材料中的所述深度。
18.根据权利要求11所述的成像系统，其进一步包括安置在所述光电二极管的光电二极管区内并且环绕所述多个鳍片结构的钝化层，其中所述钝化层经安置在所述多个鳍片结构中包括的每一鳍片结构与所述光电二极管的所述光电二极管区之间。
19.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述钝化层从所述光电二极管横向延伸到所述浮动扩散区，且其中所述钝化层还经安置在所述多个鳍片结构与所述浮动扩散区之间。
20.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述多个鳍片结构横向地延伸到所述浮动扩散区中。
21.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述多个像素中的每一者进一步包括：
多个光电二极管，其经安置在所述半导体材料中，其中所述光电二极管是所述多个光电二极管中的一者；
多个转移门，其经安置在所述半导体材料中，其中所述转移门是所述多个转移门中的一者；及
多个沟道区，其在所述半导体材料中，其中所述沟道区是所述多个沟道区中的一者，其中所述多个转移门中的每一者经耦合以响应于多个转移信号中的相应者而通过所述多个沟道区中的相应者将电荷从所述多个光电二极管中的相应者转移到所述浮动扩散区，其中所述转移信号是所述多个转移信号中的一者，
其中所述控制电路系统经耦合以传输所述多个转移信号。
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