CN117716505A - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本说明书涉及一种图像传感器，其包括形成在半导体衬底(104)中和上的多个像素(300)，每个像素包括：‑形成在所述半导体衬底中的光敏区域(102)；‑外围绝缘沟槽(106)，其从所述衬底的上表面(104T)垂直延伸到所述衬底中，并且横向地界定所述光敏区域；‑电荷收集区域(110)；‑转移区域，其位于所述衬底中并且在所述电荷收集区域与所述光敏区域之间垂直延伸；以及‑转移栅极(TG)，其从所述衬底的上表面垂直延伸到所述衬底中，比所述电荷收集区域深，其中所述电荷收集区域(110)从所述转移栅极(TG)横向延伸到所述外围绝缘沟槽(106)。
Description
本申请要求法国专利申请21/08202的优先权，该申请在法律授权的范围内通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般地涉及电子装置。本公开更具体地涉及图像传感器像素。
背景技术
图像传感器像素是已知的，每个图像传感器像素包括形成在半导体衬底内部和顶部上的光敏区域，其适于将入射光转换成电子-空穴对。在曝光阶段期间，光生电荷(电子或空穴)积聚在光敏区域中。在随后的读出阶段期间，控制电荷转移装置以将积聚在光敏区域中的光生电荷转移到电荷收集区域。
期望改进现有的图像传感器像素。特别是期望能够减小这些像素的尺寸，以使得能够形成像素间距小于电流传感器的像素间距的图像传感器。
发明内容
存在克服已知图像传感器像素的全部或部分缺点的需要。
实施例克服了已知图像传感器像素的全部或部分缺点。
实施例提供了一种图像传感器，其包括形成在半导体衬底内部和顶部上的多个像素，每个像素包括：
-形成在所述半导体衬底中的光敏区域；
-外围绝缘沟槽，其从所述半导体衬底的上表面在所述半导体衬底中垂直延伸，并且横向地界定所述光敏区域；
-电荷收集区域；
-转移区域，其位于所述半导体衬底中并且在所述电荷收集区域与所述光敏区域之间垂直延伸；以及
-转移栅极，其从所述半导体衬底的上表面在所述半导体衬底中垂直延伸，比所述电荷收集区域深，其中所述电荷收集区域从所述转移栅极一直横向延伸到所述外围绝缘沟槽。
根据一个实施例，所述电荷收集区域具有与所述转移区域相同的导电类型和比所述转移区域高的掺杂水平。
根据一个实施例，所述转移区域具有与所述光敏区域相同的导电类型和相同的掺杂水平。
根据一个实施例，每个像素的所述转移栅极在俯视图中具有U形形状。
根据一个实施例，每个像素的所述转移栅极在俯视图中具有L形形状。
根据一个实施例，每个像素的所述转移栅极在俯视图中具有I形形状。
根据一个实施例，每个像素的所述转移栅极包括电容性绝缘沟槽，所述电容性绝缘沟槽包括与所述半导体衬底绝缘的导电区域。
根据一个实施例，所述导电区域由金属或金属合金制成。
根据一个实施例，所述导电区域由多晶硅制成。
根据一个实施例，所述转移栅极与所述外围绝缘沟槽分开非零距离。
根据一个实施例，所述传感器还包括导电焊盘，所述导电焊盘在相距所述转移栅极和所述外围绝缘沟槽的距离处位于所述电荷收集区域的顶部上并与所述电荷收集区域接触。
根据一个实施例，所述电荷收集区域和所述导电焊盘在两个相邻像素之间共享。
根据一个实施例，所述电荷收集区域和所述导电焊盘在四个相邻像素之间共享。
根据一个实施例，所述转移栅极在俯视图中具有I形形状，两个对角相对的像素的转移栅极彼此平行。
根据一个实施例，所述外围绝缘沟槽包括与所述衬底绝缘的导电区域。
根据一个实施例，所述传感器还包括控制电路，所述控制电路被配置成对所述转移栅极交替地施加：
-第一电势，其适于阻挡电荷从所述光敏区域转移到所述电荷收集区域；以及-与所述第一电势不同的第二电势，其适于允许电荷从所述光敏区域转移到所述电荷收集区域。
附图说明
将参考附图在通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的公开的其余部分中详细描述上述特征和优点以及其它特征和优点，其中：
图1是图像传感器像素的示例的简化局部俯视图；
图2是图1的像素沿着图1的平面AA的简化局部横截面图；
图3是根据第一实施例的图像传感器的像素的示例的简化局部俯视图；
图4是图3的像素沿着图3的平面BB的简化局部横截面图；
图5是根据第二实施例的图像传感器的像素的示例的简化局部俯视图；
图6是图5的像素的变体的简化局部俯视图；
图7是根据第三实施例的图像传感器的像素的示例的简化局部俯视图；
图8是根据第一实施例的两个像素的布置的简化局部俯视图；
图9是根据第二实施例的四个像素的布置的简化局部俯视图；
图10是根据第三实施例的两个像素的布置的简化局部俯视图；
图11是根据图6的变体的两个像素的布置的简化局部俯视图；
图12是图7的像素的变体的简化局部俯视图；以及
图13是根据图12的变体的四个像素的布置的简化局部俯视图。
具体实施方式
在各个附图中，相似特征以相似附图标记指代。特别地，在各个实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以布置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解所描述的实施例有用的步骤和元件。特别地，没有详细描述图像传感器像素制造方法，所描述的实施例和变体与通常的图像传感器像素制造方法兼容。此外，没有详细描述像素的电路(晶体管和连接)，所描述的实施例和变体与通常的像素电路兼容。此外，没有详细描述读出电路或列解码器、控制电路或行解码器以及可以设置图像传感器的应用，所描述的实施例和变体与通常图像传感器的读出电路和控制电路以及实施图像传感器的通常应用兼容。
除非另有说明，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示没有除导体之外的任何中间元件的直接连接，并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或多个其它元件耦合。
在下面的描述中，当提及诸如术语“边缘”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等限定绝对位置的术语、或诸如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等限定相对位置的术语、或诸如术语“水平”、“垂直”等限定方向的术语时，除非另有规定，否则指的是附图的取向。
除非另有说明，否则表达“约”、“大致”、“基本上”和“大约”表示正或负10％，优选正或负5％。
图1是图像传感器像素100的示例的局部简化俯视图。图2是像素100沿着图1的平面AA的局部简化横截面图。
在所示示例中，像素100包括光敏区域102或光电转换区域。光敏区域102被设计成例如在像素100所属的图像传感器的照射阶段期间收集光子，并将这些光子转换成电子-空穴对。在俯视图中，光敏区域102位于像素100的中心并且具有基本上正方形的外围。
光敏区域102例如形成在衬底104中。作为示例，衬底104是由第一导电类型的掺杂半导体材料(例如轻掺杂P型硅(P-))制成的晶圆或一片晶圆。例如，在其中形成有光敏区域102的区域中，衬底104具有在从1x1010至1x1017at./cm3范围内的掺杂率。作为示例，衬底104具有在从1至20μm范围内的厚度。
光敏区域102例如旨在被从衬底104的下表面104B照射。尽管这在图2中没有示出，但衬底104的下表面104B在这种情况下可以涂覆有一个或多个钝化层。在衬底104的下表面104B侧上，像素100可以进一步包括光学元件，诸如滤光片(例如滤色片)和/或微透镜。
在所示示例中，像素100包括横向界定光敏区域102的外围绝缘沟槽106，例如电容性绝缘沟槽。在俯视图中，外围绝缘沟槽106完全包围光敏区域102，并且例如具有基本上正方形的轮廓。在所示示例中，外围绝缘沟槽106包括四个部分106T、106L、106B和106R。部分106T和106B彼此平行并且正交于部分106L和106R，部分106R平行于部分106L。
特别地，外围绝缘沟槽106将像素100的光敏区域102与相邻像素(图1和图2中未示出)的光敏区域电绝缘。外围绝缘沟槽106例如形成在衬底104中。在图2的取向中，外围绝缘沟槽106例如从衬底104的上表面104T到衬底104的下表面104B在衬底104的厚度中垂直地延伸。换句话说，在该示例中，外围绝缘沟槽106在衬底104的整个厚度中垂直地延伸，并且出现在下表面104B侧上。
在所示示例中，外围绝缘沟槽106具有位于像素100的中心侧的内侧壁106I和与内侧壁106I相对的外侧壁106O。例如，外围绝缘沟槽106的外侧壁106O界定了像素100的外周边。
外围绝缘沟槽106例如具有在从20至300nm的范围内的宽度D1，以及在从1至20μm的范围内的深度。在图2所示示例中，外围绝缘沟槽106的深度等于衬底104的厚度。
在所示示例中，外围绝缘沟槽106包括导电区域106C。作为示例，导电区域106C由多晶硅、金属(例如铜)或金属合金制成。
在该示例中，外围绝缘沟槽106还包括涂覆导电区域106C的侧壁的电绝缘层106S。电绝缘层106S使导电区域106C与衬底104电绝缘。作为示例，电绝缘层106S由介电材料(例如氧化硅)制成。
在所示示例中，像素100还包括形成在半导体衬底104中的垂直转移栅极TG。在俯视图中，垂直转移栅极TG例如位于像素100的中心部分中，在由外围绝缘沟槽106界定的衬底104的部分的内部。
垂直转移栅极TG例如包括绝缘沟槽108，该绝缘沟槽108从衬底104的上表面104T在衬底104的厚度中垂直延伸，向下延伸到比外围绝缘沟槽106的深度小的深度。绝缘沟槽108在衬底104的厚度中被中断，并且不出现在衬底104的下表面104B侧上。作为示例，绝缘沟槽108具有在从0.2至1.5μm的范围内的深度。
垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108在俯视图中具有环形形状。垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108在俯视图中例如具有基本上正方形的轮廓。在所示示例中，绝缘沟槽108更准确地具有四个部分108T、108L、108B和108R。部分108T和108B彼此平行并且正交于部分108L和108R，部分108R平行于部分108L。此外，在该示例中，沟槽108的部分108T、108L、108B和108R分别平行于沟槽106的部分106T、106L、106B和106R。
在所示示例中，绝缘沟槽108具有位于像素100的中心侧的内侧壁108I和与内侧壁108I相对且位于外围绝缘沟槽106的内侧壁106I前面的外侧壁108O。在图1和图2所示的示例中，绝缘沟槽108的外侧壁108O和内侧壁108I分别对应于垂直转移栅极TG的外侧壁和内侧壁。
垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108例如具有基本上等于外围绝缘沟槽106的宽度D1的宽度D2。宽度D2例如在从20至300nm的范围内。
在所示示例中，垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108具有类似于外围绝缘沟槽106的结构的结构。更准确地说，在该示例中，绝缘沟槽108包括由多晶硅、金属(例如铜)或金属合金制成的导电区域108C。绝缘沟槽108的导电区域108C例如由与外围绝缘沟槽106的导电区域106C相同的材料制成。
在该示例中，垂直栅极TG的绝缘沟槽108还包括涂覆导电区域108C的侧壁和下表面的电绝缘层108S。电绝缘层108S使导电区域108C与衬底104电绝缘。例如，电绝缘层108S由例如氧化硅的介电材料制成。绝缘沟槽108的电绝缘区域108S例如由与外围绝缘沟槽106的电绝缘区域106S相同的材料制成。
在图1和图2所示的示例中，垂直转移栅极TG相对于外围绝缘沟槽106居中。在该示例中，每个部分108T、108L、108B、108R与最近的部分106T、106L、106B、106R分开相同的距离D3，以处于制造离差(manufacturing dispersion)范围内。作为示例，距离D3在从20至300nm的范围内。
在所示示例中，垂直转移栅极TG的内侧壁108I横向界定电荷收集区域110。在所示示例中，电荷收集区域110从衬底104的上表面104T在衬底104的厚度中垂直延伸，并且在其所有侧壁上以绝缘沟槽108为边界。例如，电荷收集区域110比光敏区域102掺杂了更多第一导电类型，在该示例中为P型(P+)。例如，衬底104在形成了电荷收集区域110的位置处具有在从1x1016至5x1020at./cm3的范围内的掺杂水平。
作为示例，电荷收集区域110在俯视图中具有边长为D4的基本上正方形的形状。换句话说，绝缘沟槽108的每个内侧壁108I与相对的内侧壁108I分开距离D4。距离D4例如在从50至500nm的范围内。
电荷收集区域110从衬底104的上表面104T在衬底104中垂直延伸，向下延伸到比垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108的深度小的深度。
作为示例，通过在图1中由虚线框112表示的区域中的衬底104的上表面104T侧上的掺杂物质的离子注入来形成电荷收集区域110。
在所示示例中，像素100还包括横向插入在外围绝缘沟槽106与垂直转移栅极TG之间的阱114。阱114在外围绝缘沟槽106与垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108之间从衬底104的上表面104T在衬底104的厚度中垂直延伸。在所示示例中，阱114由外围绝缘沟槽106的内侧壁106I和绝缘沟槽108的外侧壁108O横向界定。阱114例如掺杂有与第一导电类型相反的第二导电类型，在该示例中为N型。例如，衬底104在形成了阱114的位置处具有在从1x1016至1x1019at./cm3范围内的掺杂水平。
作为示例，通过在图1中由虚线框116表示的区域中的衬底104的上表面104T侧上的掺杂物质的离子注入来形成阱114。阱114例如具有在从50至500nm范围内的厚度。
在图1和图2所示的示例中，形成在阱114的内部另一个阱118。在该示例中，阱118位于绝缘沟槽108的部分108L与外围绝缘沟槽106的部分106L之间。在所示示例中，阱118通过阱114的部分与侧壁108O和106I分开。阱118从衬底104的上表面104T在衬底104的厚度中垂直延伸，向下延伸到比阱114的深度小的深度。阱118例如比阱114掺杂了更多第二导电类型，在该示例中为N型(N+)。例如，衬底104在形成了阱118的位置处具有在从1x1017至5x1020at./cm3的范围内的掺杂水平。
在图1所示的示例中，导电焊盘120位于外围绝缘沟槽106的导电区域106C的顶部上并与其接触。导电焊盘120使得能够偏置导电区域106C。作为示例，在衬底104为P型的情况下，外围绝缘沟槽106的导电区域106C取到固定电势，例如等于大约1.8V。这往往导致电子沿着外围绝缘沟槽106的侧壁106I、106O积聚。电子的这种积聚特别使得能够避免光敏区域102中光生的电子被俘获在衬底104与外围绝缘沟槽106之间的界面处。
在所示示例中，像素100还包括位于垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108的导电区域108C的顶部上并与其接触的另一导电焊盘122。导电焊盘122例如旨在偏置导电区域108C。
在像素100的曝光阶段期间，例如在光敏区域102内部产生电子-空穴对。在该阶段期间，绝缘沟槽108的导电区域108C例如取到固定电势，例如等于大约1.8V。在传感器曝光阶段期间，将该电势施加到导电区域108C使得能够在位于垂直转移栅极TG内部的转移区域124(图2)中在光敏区域102与收集区域110之间形成势垒。在所示示例中，转移区域124以垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108的内侧壁108I为边界，并且在收集区域110下方在衬底104的厚度中垂直延伸。在该示例中，转移区域124从转移栅极TG横向延伸到外围绝缘沟槽106。
在所示示例中，转移区域124和电荷收集区域110与光敏区域102垂直地定位在一条直线上。换句话说，在俯视图中，转移区域124和电荷收集区域110在俯视图中各自具有比光敏区域102的表面积小的表面积，并且它们在光敏区域102的平面中的相应投影内接在该区域的表面积内。此外，在俯视图中，转移区域124和电荷收集区域110可以相对于光敏区域102是偏心的。
转移区域124中势垒的存在使得能够在曝光阶段期间阻挡光生空穴从光敏区域102转移到收集区域110。该势垒是由于沿绝缘沟槽108的侧壁108I存在吸引与衬底相反类型的载流子(在该示例中，即电子)的反型层而产生的。
在曝光阶段之后的读出阶段期间，绝缘沟槽108的导电区域108C例如取到基本上为零的电势。在读出阶段期间，将零电势施加到导电区域108C使得能够降低或甚至去除转移区域124中的在光敏区域102与收集区域110之间的势垒。在读出阶段期间，势垒的消失允许光生空穴从光敏区域102转移到收集区域110。
在所示示例中，像素100还包括位于电荷收集区域110的顶部上并与其接触的另一导电焊盘126。导电焊盘126例如使得能够将在区域110中积聚的电荷转移到例如位于衬底104的上表面104T侧上的读出电路(未示出)。导电焊盘126例如连接到用于从像素100读取的节点(图1和图2中未示出)。在图1所示的示例中，导电焊盘126基本上位于电荷收集区域110的上表面的中心。在这种情况下，导电焊盘126与绝缘沟槽108的每个内侧壁108I分开相同的距离D5。作为示例，距离D5为大约50nm。
在所示示例中，像素100还包括位于阱118的顶部上并与其接触的另一导电焊盘128。导电焊盘128例如使得能够提供电子，从而使得能够在上述曝光阶段期间在转移区域124的内部产生势垒。作为示例，在衬底104为P型的情况下，阱118经由导电焊盘128取到固定电势，例如大致等于1.5V。
在所示示例中，绝缘沟槽106和108各自在衬底104的上表面104T侧上包括电绝缘区域130(图2)，电绝缘区域130涂覆导电区域106C、108C和电绝缘区域106S、108S的上端。在图1中没有示出电绝缘区域130，以避免该附图过载。在该示例中，导电焊盘120、122穿过电绝缘区域130并且分别接触导电区域106C、108C的上表面。作为变体，可以省略外围绝缘沟槽106的电绝缘区域130和/或绝缘沟槽108的电绝缘区域130。
在包括以行和列的阵列布置的多个像素的传感器中，由“像素间距”表示在行或列方向上两个相邻像素之间的中心到中心距离。行或列方向上的像素间距基本上对应于所述方向上的像素的横向尺寸。在集成了上述像素100的传感器的情况下，行方向和列方向上的像素间距对应于例如距离2*(D1+D2+D3)+D4。该距离例如大约为1μm。
对于某些应用，期望能够减小图像传感器的像素间距。然而，在像素100的情况下，像素尺寸受到如下设计规则的约束：例如，其对将垂直转移栅极TG与外围绝缘沟槽106分开的距离D3和将导电焊盘126与垂直转移栅极TG分开的距离D5强行采取最小值。在像素1的例子中，距离D5直接影响距离D4，横向尺寸依赖于该距离D4并因此像素间距依赖于该距离D4。对距离D5强行采取的最小值例如旨在确保导电焊盘126仅与电荷收集区域110的上表面接触，并且导电焊盘126例如不侵占绝缘沟槽108。
图3是根据第一实施例的图像传感器的像素300的示例的简化局部俯视图。图4是像素200沿着图3的平面BB的简化局部横截面图。
图3和图4的像素300包括与图1和图2的像素100共同的元件。下文将不再详细说明这些共同元件。图3和图4的像素300与图1和图2的像素100的不同之处在于，像素300的垂直转移栅极TG仅包括三个部分。在所示示例中，与像素100的绝缘沟槽108相比，像素300的绝缘沟槽108缺少位于阱118的相反侧上的部分108R。在该示例中，像素300的绝缘沟槽108仅包括部分108T、108L和108B。因此，在该示例中，沟槽108在俯视图中具有大致U形形状。
根据一个实施例，像素300的电荷收集区域110从垂直转移栅极TG一直横向延伸到外围绝缘沟槽106。更具体地，在所示示例中，电荷收集区域110以绝缘沟槽108的部分108T、108L和108B的内侧壁108I为边界，并且一直延伸到外围绝缘沟槽106的部分106R的内侧壁106I。在该示例中，电荷收集区域110在俯视图中具有大致矩形形状。
在所示示例中，导电焊盘126与外围绝缘沟槽106的部分106R的内侧壁106I分开距离D5。在该示例中，焊盘126还与绝缘沟槽108的部分108L的内侧壁108I分开比距离D5大的距离。
在图4所示的示例中，沟槽108的部分108T和108B分别与沟槽106的部分106T和106B分开距离D3。此外，在该示例中，部分108T和108B的最靠近部分106R的端部与部分106R分开距离D6。距离D6例如比距离D3短。作为示例，距离D6在从20至300nm的范围内。
作为示例，在衬底104为P型的情况下，外围绝缘沟槽106的导电区域106C取到固定电势，例如等于大约1.8V。这往往导致电子沿着外围绝缘沟槽106的侧壁106I、106O积聚。这种电子积聚特别使得能够避免光敏区域102中光生的电子被俘获在衬底104与外围绝缘沟槽106之间的界面处。这里利用施加到外围绝缘沟槽106的导电区域106C的电势以根据施加到垂直转移栅极TG的电势使转移区域124在阻挡状态与导电状态之间切换。与图1和图2中的示例不同，图3和图4的像素300将垂直转移栅极TG和外围绝缘沟槽联合地用来控制转移区域124的阻挡或解除阻挡。
结合图3和图4讨论的像素300的实施例的优点在于，垂直转移栅极TG的几何形状通常允许放开由设计规则强行采取的尺寸约束。像素300特别使得能够有利地减少导电焊盘126相对于沟槽106和108的定位的约束。像素300的垂直转移栅极TG的几何形状更准确地允许在导电焊盘126在区域110上(例如沿着平行于切割平面BB的水平轴)的定位方面具有更大的宽容度。
如图3和图4所示，这使得像素300的横向尺寸(其轮廓线在图3和图4中由虚线框302表示)与像素100相比能够减小。作为示例，像素300具有大约0.8μm的横向尺寸。
图5是根据第二实施例的图像传感器的像素500的示例的简化局部俯视图。
图5的像素500具有与图3和图4的像素300共同的元件。下文将不再详细说明这些共同元件。图5的像素500与图3和图4的像素300的不同之处在于，像素500的垂直转移栅极TG仅包括两个部分。在所示示例中，与像素300的绝缘沟槽108相比，像素500的绝缘沟槽108缺少部分108B。在该示例中，像素500的绝缘沟槽108仅包括部分108T和108L。因此，在该示例中，沟槽108在俯视图中具有大致L形形状。
在所示示例中，电荷收集区域110以绝缘沟槽108的部分108T和108L的内侧壁108I为边界，并且一直延伸到外围绝缘沟槽106的部分106R和106B的内侧壁106I。在该示例中，电荷收集区域110在俯视图中具有大致正方形或矩形形状。
在所示示例中，导电焊盘126与外围绝缘沟槽106的部分106R和106B的内侧壁106I分开距离D5。在该示例中，焊盘126还与绝缘沟槽108的部分108L和108T的内侧壁108I分开比距离D5大的距离。
与图3和图4的像素300相比，像素500的垂直转移栅极TG的几何形状有利地允许导电焊盘126的甚至更大的定位自由度。与像素300相比，这使得能够进一步减小像素500的横向尺寸。
图6是图5的像素500的变体的简化局部俯视图。
在该变体中，像素500的垂直转移栅极TG相对于图5旋转大约45°的角度。在所示示例中，电荷收集区域110具有基本上三角形的形状，其具有由外围绝缘沟槽106的部分106R的内侧壁106I界定的边，并且具有由绝缘沟槽108的部分108T和108L的内侧壁108I界定的其它两个边。
图7是根据第三实施例的图像传感器的像素700的示例的简化局部俯视图。
图7的像素700具有与图5的像素500共同的元件。下文将不再详细说明这些共同元件。图7的像素700与图5的像素500的不同之处在于，像素700的垂直转移栅极TG包括单个部分。在所示示例中，与像素500的绝缘沟槽108相比，像素700的绝缘沟槽108缺少部分108T。在该示例中，像素700的绝缘沟槽108仅包括部分108L。因此，在该示例中，绝缘沟槽108在俯视图中具有I形形状(即，在俯视图中，垂直条的形状)。
在所示示例中，电荷收集区域110在绝缘沟槽108的部分108L的内侧壁108I之间横向延伸，并且一直延伸到外围绝缘沟槽106的部分106R的内侧壁106I。在该示例中，电荷收集区域110在俯视图中具有大致矩形形状。
在所示示例中，导电焊盘126与外围绝缘沟槽106的部分106R的内侧壁106I分开比距离D5大的距离。在该示例中，焊盘126还与绝缘沟槽108的部分108L的内侧壁108I分开比距离D5大的距离。
在该示例中，外围绝缘沟槽的部分108L与外围绝缘沟槽106的部分106L分开距离D7，并且与沟槽106的部分106R分开距离D8。例如，距离D7在从50至500nm的范围内，距离D8在从50至800nm的范围内。
图8是根据第一实施例的两个像素300的布置的简化局部俯视图。
在所示示例中，两个像素300并置，使得它们共享外围绝缘沟槽106的公共垂直部分106V。在图8的取向中，左侧像素300例如相对于垂直部分106V与右侧像素300对称。这使得能够减小图像传感器像素所占据的表面积。在图8的取向中，参考图3的像素300，部分106V对应于左侧像素的部分106R和右侧像素的部分106R。
在图8所示的示例中，外围绝缘沟槽106的部分106V是不连续的。在该示例中，部分106V更准确地具有位于像素300的部分106T侧的上部和位于像素300的部分106B侧的下部。部分106V的下部和上部被电荷收集区域110的一部分分隔开。在该示例中，电荷收集区域110从图8所示布置的每个像素300的垂直转移栅极TG延伸到外围绝缘沟槽106的公共垂直部分106V。电荷收集区域110还延伸到外围绝缘沟槽106的部分106V的中断区域中。
该布置的两个像素300包括例如单个公共导电焊盘126。公共导电焊盘126例如位于区域110的处在外围绝缘沟槽106的部分106V的上部与下部之间的区域中(即，在绝缘沟槽106的部分106V的中断区域的前面)。
在图8的布置中，例如交替地控制两个像素300的垂直转移栅极TG，以便将在其中一个像素300的光敏区域102中光生的电荷转移到焊盘126，然后将在另一像素300的光敏区域102中光生的电荷转移到焊盘126(依次转移)。
图9是根据第二实施例的四个像素500的布置的简化局部俯视图。
在所示示例中，四个像素500并置，使得它们共享外围绝缘沟槽106的公共垂直部分106V和公共水平部分106H。在图9的取向中，位于左侧的像素500例如相对于垂直部分106V与位于右侧的像素500对称。此外，位于顶部的像素500例如相对于水平部分106H与位于底部的像素500对称。这使得能够减小图像传感器的像素500所占据的表面积。在图9的取向中，参考图5的像素500，部分106V对应于左侧像素的部分106R和右侧像素的部分106R。此外，部分106H对应于顶部像素的部分106B和底部像素的部分106B。
在图9所示的示例中，外围绝缘沟槽106的部分106V和106H在由四个像素500形成的布置的中心处是不连续的。在该示例中，电荷收集区域110在图9所示的布置的每个像素500的垂直转移栅极TG与外围绝缘沟槽106的公共部分106V和106H之间延伸。电荷收集区域110进一步在外围绝缘沟槽106的部分106V和106H的中断区域中延伸。该布置的四个像素500包括例如单个公共导电焊盘126。公共导电焊盘126例如位于该布置的中心(即，在绝缘沟槽106的部分106V和106H的中断区域的前面)。
图10是根据第三实施例的两个像素700的布置的简化局部俯视图。
图10的布置类似于前面结合图8描述的布置。在图10所示的布置中，电荷收集区域110在像素700的垂直转移栅极TG的绝缘沟槽108的两个部分108L之间延伸。
图11是根据图6的变体的两个像素的布置的简化局部俯视图。
图11的布置类似于先前结合图8描述的布置。在图11的布置中，电荷收集区域110在像素500的两个垂直转移栅极TG之间延伸。
图12是图7的像素的变体的简化局部俯视图。
在该变体中，像素700的垂直转移栅极TG相对于图7顺时针旋转了大致45°的角度。在所示示例中，电荷收集区域110由外围绝缘沟槽106的部分106R的内侧壁106I和绝缘沟槽108的部分108L的内侧壁108I界定。
图13是根据图12的变体的四个像素的布置的简化局部俯视图。
图13的布置类似于先前结合图9描述的布置。在图13的布置中，两个对角相对的像素700的垂直转移栅极TG彼此平行。
已经描述了各种实施例和变体。本领域技术人员将理解，可以组合这些各种实施例和变体的某些特征，并且本领域技术人员将想到其他变体。特别地，尽管已经示出了具有正方形形状的像素300、500和700，但是所描述的实施例不限于该几何形状。特别地，本领域技术人员尤其能够将所描述的实施例置换为具有矩形形状的像素。
此外，应当注意，在上述示例中，半导体区域的所有导电类型可以被反转。
最后，基于上面给出的功能指示，所描述的实施例和变体的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。特别地，本领域技术人员能够根据目标应用调整距离D1至D8的值。
Claims (16)
1.一种图像传感器，包括形成在半导体衬底(104)内部和顶部上的多个像素(300；500；700)，每个像素包括：
-形成在所述半导体衬底中的光敏区域(102)；
-外围绝缘沟槽(106)，其从所述半导体衬底的上表面(104T)在所述半导体衬底中垂直延伸，并且横向地界定所述光敏区域；
-电荷收集区域(110)，其与所述光敏区域(102)沿铅垂线定位；
-转移区域(124)，其位于所述半导体衬底中并且掺杂有与所述光敏区域(102)相同的导电类型，在所述电荷收集区域与所述光敏区域之间垂直延伸；以及
-转移栅极(TG)，其从所述半导体衬底的上表面在所述半导体衬底中垂直延伸，比所述电荷收集区域更深，
其中所述电荷收集区域(110)和所述转移区域(124)从所述转移栅极(TG)一直横向延伸到所述外围绝缘沟槽(106)。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述电荷收集区域(110)具有与所述转移区域(124)相同的导电类型和比所述转移区域(124)高的掺杂水平。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述转移区域(124)具有与所述光敏区域(102)相同的掺杂水平。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中每个像素(300)的所述转移栅极(TG)在俯视图中具有U形形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中每个像素(500)的所述转移栅极(TG)在俯视图中具有L形形状。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中每个像素(700)的所述转移栅极(TG)在俯视图中具有I形形状。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器，其中每个像素(300；500；700)的所述转移栅极(TG)包括电容性绝缘沟槽(108)，所述电容性绝缘沟槽(108)包括与所述半导体衬底(104)绝缘的导电区域(108C)。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述导电区域(108C)由金属或金属合金制成。
9.根据权利要求7所述的传感器，其中所述导电区域(108C)由多晶硅制成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器，其中所述转移栅极(TG)与所述外围绝缘沟槽(106)分开非零距离(D3；D6；D7；D8)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的传感器，还包括导电焊盘(126)，所述导电焊盘(126)在相距所述转移栅极(TG)和所述外围绝缘沟槽(106)的距离(D5)处位于所述电荷收集区域(110)的顶部上并与所述电荷收集区域(110)接触。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中所述电荷收集区域(110)和所述导电焊盘(126)在两个相邻像素(300；500；700)之间共享。
13.根据权利要求11所述的传感器，其中所述电荷收集区域(110)和所述导电焊盘(126)在四个相邻像素(500)之间共享。
14.根据权利要求13所述的传感器，其中所述转移栅极(TG)在俯视图中具有I形形状，两个对角相对的像素的转移栅极彼此平行。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的传感器，其中所述外围绝缘沟槽(106)包括与所述衬底(104)绝缘的导电区域(106C)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的传感器，还包括控制电路，所述控制电路被配置成对所述转移栅极(TG)交替地施加：
-第一电势，其适于阻挡电荷从所述光敏区域(102)转移到所述电荷收集区域(110)；以及
-与所述第一电势不同的第二电势，其适于允许电荷从所述光敏区域转移到所述电荷收集区域。
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