A7 B7 經濟部中央襟準局負工消費合作社印製 五、發明説明（ 本申請案於1999年7月6曰在美國申請，申請號為 09/ 347, 552。 發明背景 本發明一般與電子元件有關，尤其是與能夠感測光學信 號的電子元件有關。 影像感測應用像是照像機、掃描器、生物測定系統 (biometric system)等，常使用固態電子元件來偵測影像。 電子元件典型地包括了在半導體單晶片上含有整合了信號 處理及控制電路之影像感測元件的像素單元。因為在製造 上可以使用傳統的製程技術，影像感測元件與信號處理及 控制電路的整合提供了低成本和高產出的好處。 在運作時，來自光學彳s號的光子會撞擊影像感測元件， 因而產生了電予一電洞對。電壓供給至影像感測元件以移 除一種電荷’而另一種電荷則儲存於影像感測區。然後將 儲存於影像感測區的電荷移除。信號處理及控制電路會量 測自影像感測區移除的電荷量並將此量測結果轉換成表示 影像感測元件所感測到之光學信號強度數值。然而，由於 影像感測區的關係’並非所有儲存於影像感測區的電荷皆 能移除。殘留的電荷會降低像素單元的感光度並導致影像 滯留。 因此’需要一種結構及方法以增加自影像感測元件移除 之電荷量。最好是標準製程技術即可製造的結構。 圖示簡述 圖1為部份先前技藝像素單元的上視圖，包括一個影像 -4 I _ J I ! I *1 m (請先w讀背面之注意事項再填寫本页} 本紙張尺度適用中國^^"率（CNSj八4胁（21〇χ29 ) 五、發明説明（2 A7 B7 感測區、一個轉移閘 '及一個源極接點； 圖2是當轉移閘未致能時，圖1像素單元 J 電圖； 圖3是當轉移閘致能時，圖1像素單元* 耶％囷； 圖4是根據本發明第一具體實施例中，部份像 上視圖； 素單元的 圖5是圖4中影像感測元件41沿著剖面咱广 的橫切圖丨 泉（section line)5、5 圖6是圖4中影像感測元件4丨沿著剖面線6 _ 6的橫切圖. 圖7是當轉移閘未致能時，圖4像素單元的靜^圖^ ， 圖8是當轉移閘致能時，圖4像素單元的靜電圖.， 圖9是根據本發明第二具體實施例中 1 視圖； 物像素早几的上 圖10是根據本發明第三具體實施例中部 視圖； 伤像素早元的上 圖11是當轉移閘未致能時，根據本發明像素 圖； 、疋的靜電 圖12是當轉移閘致能時，根據本發明像素單元 圖； 的靜電 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印製 圖13是根據本發明第四具體實施例中部份像素單— 1ST · ' 疋的 視圖； 上 圖14是根據本發明第五具體實施例中部份像素單— 視圖；以及 、1 的上 視圖 圖15是根據本發明第六具體實施例中部份像素單元的 上 -5- 娜尺度適用中國國家橾準(c^7T4^-21〇x297^- ^靖先閑讀背面之注意事項再填舄本頁i
A7 A7 經濟部中央標隼局—工消費合作杜印製 五、發明説明（3 ) 為了閣述的簡單性和清楚性，圖中元件不需要依照比例 繪出，並且在不同圖中之相同參考編號代表相同的元件。 詳細發明說明 一般而言，本發明提供了一種包括一個具備影像感測元 件之像素單元的電子元件，如光感測器，以及一種在像素 單元内改良電荷轉移效率的方法，典型地說，一個4_電晶 體像素單元包含了一個影像感測元件、一個電荷轉移元 件、一個源極接點、一個重置元件、一個緩衝元件及一個 列選擇元件。此影像感測元件有一個影像感測區’用來收 集反應照射於影像感測元件上之光線的電荷種類。然後由 電荷轉移元件將儲存於影像區之電荷轉移至源極接點。藉 著量化轉移的電荷數量以決定像素元件所吸收的光線強 度。發明人已經發現影像感測區會產生靜電壁壘並阻礙所 有儲存於影像感測區内之電荷移除的瑕疵。增加電壓以啟 動（activate)轉移閘是本問題的一個解決方案。然而，此方 案增加了影像感測元件的電源消耗而且仍然不能移除所有 儲存於影像感測區的電荷。另一個解決方案是在轉移閘之 下作出額外的摻雜區。此方案的缺點在於包含了额外的製 程步驟，會在製造像素單元時增加製造成本及週期時間 (cycle time) 0 圖1為先如技藝像素單元之一部份1 Q的上視圖，聞明了 先前技藝像素單元常見的問題。比較特別的是，圖i圖解 了具有一個影像感測元件11、一個轉移閘丨2及一個源極接 點22之部份像素單元的上視圖。影像感測元件丨丨形成於半 ______6_ 本紙張尺度通用中國國家搮準（CNS)A4規格（210X297公釐） ^^1 ^^^1 ^^^1 —^n 11H - - 1^1 a^n ---s^ (請先閱讀背面之注意#'項再填寫本頁} 經濟部令央橾準局員Η消費合作钍印褽 A7 B7 五、發明说明u ) 導體基底13内，具有一個由場氧化物15環繞之主動感測區 或區域14。主動感測區域14是一個” U ”形區域，由一個基 本區域（primary region) 17 ’ 一個頸區域（neck region) 18 及 一個閘極區域（gate region) 19所組成。主動感測區域14也 與影像感測區域有關。區域17為基本區域，因為它是一個 含蓋所有電荷集結的大感測區域。區域1 8為頸區域，因為 它連接了基本區域17與閘極區域19並且比基本區域π和閘 極區域19還要窄。區域19為閘極區域，因為它接近轉移閘 12 ° 基本區域17是一個具備四邊且寬度為W17之方形區域。 頸區域18是一個具備寬度W18且第一端延伸自基本區域π 的矩形區域。頸區域1 8的寬度W18比基本區域17的寬度W17 還小。頸區域18的第二端連接至閘極區域19並與之呈連績 性。閘極區域19鄰接轉移閘12之第一邊且寬度為W19。須 知頸區域18之寬度W18分別小於基本區域1 7和閘極區域19 的寬度识〗7和W19。源極接點22鄰接轉移閘12的第二邊。 參考線24只是說明介於點26和27之間電荷移動的路徑， 參考圖2時會進一步說明。 影像感測元件1 1的目的是為了捕捉當影像感測元件11在 影像感測模式時由影像產生的光學信號。特別的是，源自 光學信號的光子撞擊主動感測區域14並激發出電子一電洞 對而在影像感測區域14產生儲存電荷。影像感測區域14内 之儲存電荷量與影像感測元件Π所偵測之光信號強度成比 例0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs ) Α4規格（210 X 297公釐） «n m i nn m i tn If ^ nn n^— ^^^1 ml -"-5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經清部中失樣準局員工消費合作I杜印策 五、發明説明（5 ) 捕抓到影像之後’量測影像感測區域14之儲存電荷量以 決定光學信號的強纟。藉著供、给電壓至源極接點22並致能 轉移閘12而得到儲存電荷。雖然此步驟能得到許多儲存於 影像感測區域14的電荷，頸區域18仍然產生一個電位壁壘 以阻礙由此區域得到或移除所有儲存於影像感測區域Μ的 電荷。 頸區域18的效應顯示於圖2的靜電圖23，將配合圖1說 明。靜電圖23是一張表示當轉移閘12未致能，即切斷時， 儲存於影像感測區域14之電荷量的圖。靜電圖23有一個"X 軸’’ 20，表示以微米為單位沿著參考線24跨越影像感測區 域14、轉移閘12和源極接點22 (見圖丨）的位置。加入參考 線24是為了協助說明靜電圖23，其中參考線24對應於沿著 、軸，’起自遠離轉移閘12之點26的位置。然後參考線24橫 跨影像感測區域14、轉移閘22並終於源極接點22附近的點 27。參考點26及27描繪於"x軸，| 2〇之上。須知參考線以表 不將儲存電荷自影像感測區域M移除時的電流方向。 為了茗助進一步瞭解靜電圖23,己加上括弧顯示區域 Π、18、19、22及轉移閘丨2的位置。因此，於括弧標示編 號17’以識別基本區域17 ;於括弧標示編號18，以識別頸區 域18，於括弧標示編號丨9,以識別閘極區域丨9 ;於括弧標 示編號12'以識別轉移閘極區域12 ;以及於括弧標示編號 22'以識別源極接點區域22。 靜電圖23也有一個” y軸"29表示沿著參考線以上每—點 以伏特（v)為早位的固定電位（pinning p〇tentials)。固定電 _______· 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 訂 4 ^3 9 3 A7 B7 經濟部中央標芈局員工消f合作社印裝 五、發明説明（6 位是自影像感測區域14内之特別位置移除所有儲存#予h 所需的電壓。沿著參考線24之影像感測區域14固金+ η心电位以 電位線33描繪於圖2。換句話說，電位線33表示a - u % 小 Sr 7L 件 1 1 正在感測光學影像或正工作於影像感測模式時影像感測元 件Π之電位井圖（potential well diagram)。當電荷集結並错 存於影像感測元件11時，會流向最高電位的位置。儲存於 影像感測區域14 ’亦即基本區域17、頸區域18及間極區域 19之電荷量以斜影線（erosshatching) 34表示。值得注竟的 疋’因為轉移閘12並未致能，有一個靜電壁壘存在於閉極 區域19和源極區域22之間。因此，源極區域22内的電行量 是可息略的，所以，表示源極區域22之部份靜電圖23沒有 斜影線。靜電壁壘的高度以箭號30表示。 請參閱圖3，所描繪的靜電圖38表示當電位供給至源極 區域22且轉移閘12致能或啟動時儲存於影像感測區域ι4 的電荷量。如頸區域18和閘極區域19消失之斜影線以及源 極區域22之斜影線39所示，儲存於頸區域丨8和閘極區域} 9 之电％已轉移至源極區22。然而，基本區域I?内仍殘留一 些電荷。 因此’當電位供給至源極區域2 2且轉移閘12致能時，並 非所有儲存於影像感測區域14之電荷都轉移至源極區22。 這是因為感測區域14在頸區域18之物理窄化（physical narrowing)產生的靜電壁壘（以箭號3〇_描緣於圖3)會阻礙一 些從基本區域〗7轉送至源極區域22的電荷。靜電壁壘的高 度與頸區域1 8之有效寬度成反比例。換句話說，當頸區域 -9- 尽...氏浪尺度適用中國國家橾準（CNS } A4規格（210X297公釐} ---J--,---¾.------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印袈 五、發明説明（7 18的寬度減少時，壁壘的高度會增加並使得殘留於影像感 測區域14的儲存電荷量增加。 值得注意的是，靜電壁壘的寬度與沿著參考線24之頸區 域18的長度成比例。一般而言，描續於靜電圖38(圖3)中靜 電壁壘之寬度不會與壁壘之高度差不多大。若頸區域18之 長度夠短’儲存於影像感測區域14之電荷則可以克服由頸 區域18所產生的靜電壁壘。若靜電壁壘的寬度夠短則可能 使儲存電荷穿透靜壁壘。在先前技藝影像感測元件内，靜 电壁至有狗大的寬度使儲存電荷無法穿透靜電壁壘。 圖4是根據本發明第一具體實施例中像素單元之一部份 4◦的上視圖。圖4所表示的是一個影像感測元件4丨、一個 轉移閘42及一個源極接點43的上視圖。影像感測元件“形 成於半導體基底内並且有一個由場氧化物48環繞的主動感 測區或區域47。影像感測區域47由錐形區域所隔離的矩形 區域組成。比較特別的是，元件寬度為W49的矩形區域49 鄰接轉移閘42。矩形區域49内之元件寬度w49非常的固 定。錐形區50將矩形區域5 1連接至錐形區域49 ^錐形區域 50有可變的元件寬度W5〇，鄰接矩形區域49時較寬且鄰接 矩形區域5 1時較窄，亦即錐形區域5〇往遠離矩形區域49的 万向延伸時會變細或變有。矩形區域5丨的元件寬度非 常固定。 矩形區域51介由錐形區域52連接至矩形區域兄。錐形區 域52有可變的元件寬度w;2,鄰接矩形區域5]時較寬且鄰 接矩形區域53時較窄。矩形區域53有一個非常固定的元件 10- ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4戏^：71^^~7公釐 n 1 H! 1_ ^^1 ^^1 - I ·"_ - - <^1 ^^1 m I T# 1¾---0 t請先閲讀背面之注意事項苒填寫本頁) 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印繁 A7 _______B7 五、發明説明（8 ) 寬度W"53。須知次區域（sub-region)的寬度是介於次區域兩 個相對側邊之最短距離。 矩形區域49、5 1及53分別有非常均勻的寬度w49、W5 i及 ’其中矩形區域53之寬度小於矩形區域51之寬度，依 次又小於矩形區域49之寬度，亦即W53<W51<W49。須知根 據第一具體實施例，區域的元件寬度為與電流同向之區域 的最窄寬度。所以*矩形區域49及5 1的元件寬度是這些矩 形區域的長度。錐形區域50之寬度W50分佈於矩形區域51 之寬度及矩形區域49之間，亦即W51SW5(^W49。錐形區域 52之寬度W52分佈於矩形區域53之寬度及矩形區域51之 間’亦即 W53S W52S W51。 所以’影像感測區47之寬度在矩形區域内於最接近轉移 閘42處最寬並向矩形區域53的方向遞減，亦即遠離轉移閘 42的矩形區域。 參考線54只是描繪出橫跨於點56及57之間的路徑並在參 考圖7時再作進一步描述。 圖5是圖4中影像感測元件4 1沿著剖面線5- 5的橫切圖。 圖5表示的是一種包含—個上置磊晶層45之半導體基底44 的半導體材料。經由實例，半導體基底44和磊晶層45為N 型導電係數，其中半導體基底44内P型雜質的濃度比磊晶 層45内p型雜質的濃度高。半導體材質有一個上置閘氧化 層55的主表面46。轉移閘42形成於部份閘氧化物層55之 上°另外，部份場氧化物48形成於磊晶層45之上。 場區域68形成於場氧化物48之下。一個N型導電係數之 ---— ______ ~11- 本錄尺度適财關家料（CNS ) M狀（21GX297公着） fllkt* nn βν«^1 .^m n n«^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 ____B7 五、發明説明（9 ) 〜 - 光二極體井（photodiode well) 67由主砉而j £ v P 田王衣面46延伸至磊晶層 45内。當影像感測元件41是一個固定光電二極師_ Ph0t0di0de)時’於磊晶層45内形成—個固定區域 region) 69。經由實例，固定區域69是p型導電係數並且由 場注區域（field implant region) 68延伸至轉移閘42之邊緣。 固定區域69不像光電二極體井67 —樣延伸進入蟲晶層45 内。影像感測元件41進一步包含一個N型導電係數之源極 區域43。 雖然未表示’須知秒化物區塊結構可以形成於影像感測 元件41之上。典型地，矽化物區塊結構是一種避免在影像 感測元件41上形成矽化物的氮化物遮罩。因為這種纟士構是 一種光學特徵，未表示於此。 為了進一步協助瞭解部份圖4及5之影像感測元件41間的 關係，加上括號以表示部份區域49、50、51、52及53之位 置"所以，分別標上括號與編號49'、5 1'及53,以識別矩开) 區域49、51及53 ;並且標上括號與編號51，及52,以識別錐 形區域50及52。 圖6是圖4中影像感測元件4 I沿著剖面線6_ 6之橫切圖。 須知在不同圖中之相同參考編號代表相同的元件。特別的 是，半導體基底44、磊晶層45、光電二極體井67、固定區 域69、氧化物層55、場植入區域68、場氧化物48及轉移間 42已在參考圖4及5時有說明。圖6進一步描繪鄰近轉移間 42之影像感測區的寬度W49。寬度W49比寬度W5C、w5i、 W52及還大。所以，除了持續變小的寬度之外，區域 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） ----：--.------ (諳先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) I11 A7 B7 4^9393 五、發明説明（10 50、51、52及53之橫切面與示於圖6的相類似。 影像感測區域47接近轉移閘42時較寬且移向參考點％時 較窄的配置效應於圖7之靜電圖60有說明，將配合圖4說 明。靜電圖60是表示當電位未供給至源極區域43及轉移開 4 2未致邊’亦即切斷時’影像感測區域4 7内的電荷儲存 量。靜電圖60有一個π X軸” 61以微米為單位沿著參考線54 表示出影像感測區域47、轉移閘42及源極接點43 (見圖4) 的位置。含括參考線54以協助說明靜電圖6〇。參考線54對 應於沿奢遠離轉移閘42自點56開始之"X韩的位置。然 後’參考線54橫越影像感測區域47及轉移閘42並終於靠近 源極接點43的點57。參考點56及57描繪於X軸”上。參考 線5 4表示出當儲存電荷自影像感測區域4 7移除時之電流方 向。 為了協助瞭解圖60，加上括號以表示部份區域49、50、 5 1、52和53以及轉移轉閘42。因此，分別標上括號與編號 49'、51'及53’以識別矩形區域49、51及53 ;標上括號與編 號50_及52'以識別錐形區域50及52 ;標上括號與編號42·以 識別轉移閘42 ;以及標上括號與編號431以識別源極接點 43 ° 靜電圖60也有一個” y軸"表示沿著參考線54每一個點上 以伏特（V)為單位之固定電位。沿著參考線54的影像感測區 域47之固定電位是以電位線63描繪於圖7。另外而言，電 位線63表示當元件4 1正在感測光學影像或作用於影像感測 模式時影像感測元件41之電位井圖。當電荷儲存於影像感 -13- 本紙張尺度通用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印策 9'^ 9 3 A7 B7 五、發明説明（n /則疋件41之内’它將流向較局固定電位的位置。儲存於 影像感測區域47,亦即矩形區域49、”和”以及錐形區域
請 先 閱 讀 背 ί 事 項 再 填I 寫， 本 取 頁I 50和52疋電何量以斜影線64表示。須知因為轉移閉^並未 啟動，靜電壁壘存在於矩形區域49與源極區域43之間。所 以，可以忽略源極區域43内之電荷量，因而使得靜電圖6〇 内表示源極區域43之部份沒有斜影線。靜電壁壘的高度以 箭號65表示。 現在參考圖8，描繪一個當電位供給至源極區域43且轉 移問42致能時儲存於影像感測區域〇之電荷量的靜電圖 64。如沒有斜影線之區域49、5〇、51、^和兄以及有斜影 線66之源極區域43所示，儲存於長方形區49、51和53以及 錐形區域50和52的電荷已經轉移至源極區域43。 訂 因此，使用根據本發明第一具體實施例之影像感測區域 47結構可以將幾乎所有影像感測元件41内之電荷轉移至源 ，區域43。靜冑壁堡（圖7之參考編號65)的高度已經調整使 知幾乎所有影像感測區域47内的電荷都轉移至源極區域 43。靜電壁叠的高度與矩形區域49的有效寬度成比例。因 為矩形區域49的寬度在影像感測區域47之矩形區域49、51 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 和53以及錐形區域50和52之中是最寬的，靜電壁壘在此區 域最大。 圖9是根據本發明第二具體實施例中像素單之一部份7〇 的上視圖。比較特別的是，圖9描繪了 一個上视圖，内有 一個影像感測元件7 1 ' 一個轉移閘72和一個源極接點73 ^ 影像感測7L件7 1形成於半導體基底内並且有一個主動感測 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS〉Α杉公釐 A7 A7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 Β7 五、發明説明（12 ) 區或區域7 4。影像感測區域7 4由場氧化物4 8所環繞並且由 圖4所述之矩形區域49、51和53以及錐形區域50和52组 成。另外，影像感測區域74包含一個寬度W75小於矩形區 域49寬度W49的頸區域75。頸區域75有一個自轉移閘72之 —邊緣77延伸至矩形區域49中最靠近邊緣77之一邊緣的長 度L 75 ’其中L 75的值等於或小於0 · 3微米。須知邊緣也與側 邊有關。雖然寬度W75小於寬度W49，短的頸區域75長度使 得供給至轉移閘72之電位能夠降低頸區域75所產生的靜電 壁壘。因此，在第二具體實施例中，長度L75仍維持〇.3微 米或更少。在這種條件下，影像感測元件7 1的靜電圖與圖 7及8之影像感測元件41的一樣。 圖10是根據本發明第三具體實施例中像素單元之一部份 8 0的上視圖。更特別的是，圖1 〇描續· 了含有一個影像感測 元件8 1、一個轉移閘82及一個源極接點83的上視圖。影像 感測元件81形成於半導體基底並且有一個主動感測區或區 域86。主動感測區域86由場氧化物8 8所環繞並且由一個頸 區域89、一個基本區域90及一個階梯區域91所組成。頸區 域89是一個鄰接轉移閘82邊緣85的矩形區域。頸區89有兩 個延伸自轉移閘82之邊緣85的相對應邊緣92和93。邊緣也 與侧邊有關。邊緣92及93的長度小於約〇. 3微米。维然本 具體實施例包含頸區域89，須知這不偈限本發明。舉例來 說，影像感測元件81可以沒有頸區域，或者轉移閘82之邊 緣85可以與影像感測區86之邊緣94重疊。 基本區域90是一個有相對應邊緣94和95以及相對應邊緣 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） ------.---^-- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *11 A7 B7 五、發明説明（13 ) 96和97的矩形區域。雖然基本區9〇的轉角卯和外為斜面狀 或錐形狀，仍然不會侷限本發明。如熟悉此項技藝的人所 知，斜面可用作維持所需的電位輪廓。邊緣94和95大體上 彼此互相平行並且以—個元件寬度W9〇彼此相隔。須知影 像感測區域86是一個連續性結構。因此，介於邊緣们和93 之間郝接基本區域90的部份頸區域89與基本區域9〇呈連續 性。 影像感測區域86進一步包含一個階梯狀或鋸齒狀的區域 91 °階梯狀區域91有一個相當線性或呈直線的邊緣1 〇2以 及一個錄齒狀的邊緣1 〇3。因為鋸齒狀邊緣1 〇3的關係，階 梯狀區域可以說是包含一组鄰接的矩形區域，其中每一個 鄰接的矩形區域有相同的邊緣丨〇2，並且每一個鄰接的矩 形區域皆有一個與鄰接的矩形區域之元件寬度不同且相當 均勻之元件寬度。更特別的是，階梯狀區域9丨是由一個邊 緣102和106相對應且元件寬度為W| 的矩形區域丨〇4 ; 一 個邊緣102和109相對應且元件寬度為Wm的矩形區域i〇8 ; 一個邊緣102和111相對應且元件寬度為w11()的矩形區域 110 ; —個邊緣102和1 13相對應且元件寬度為w112的矩形區 域112所組成。邊緣1 〇6、1 〇9、111及113共同形成邊緣 103。元件寬度W刚比元件寬度w1G8還大，元件寬度识1()8比 元件寬度W11Q還大’以及元件寬度w11()比元件寬度W|12還 大’亦即W106>W10S>W11()>WU2。影像感測區域86是一個 連續性結構。因此’介於邊緣1〇2及1〇6之間鄰接基本區域 90且具階梯狀91的矩形區域1〇4與基本區域90呈連續性。同 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公着）
I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 ) 樣地’介於邊緣102及109之間的矩形區域1 〇8與矩形區域 104呈連續性；介於邊緣1〇2與111之間的矩形區域u〇與矩 形區域108呈連續性；以及介於邊緣1〇2及113的矩形區域 112與矩形區域11 〇呈連續性。雖然已經表示並說明了四個 矩形區域，須知這不侷限本發明。例如，矩形區域可以多 於或者少於四個。 所以’於像感測區域8 6在基本區域9 0的寬度最廣，亦即 最接近轉移閘82的區域，並且往趨近階梯狀區域91的方 向，亦即遠離轉移閘82處遞減 參考線116只是描繪出橫越於點η 7及1丨8之間的路徑並在 參考圖11與12時有進一步的說明。 經濟部中央標準局員工消費合作社印震 - - -I I ·— i - - - ,,- . ϋ 冬-I— I - - - II ------ - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 架構影像感測區域86在接近轉移閘82處較廣且當移向參 考點117時較窄所產生影響顯示在圖丨丨的靜電圖12C)，將配 合圖10說明。靜電圖120圖示當電位未供給至源極區域83 且轉移閘82未致能，即切斷時，儲存於影像感測區域⑼的 電荷量。靜電圖120有一個以微米為單位表示出橫跨影像 感測區域86、轉移閘82以及源極接點83 (見圖10)位置的η χ 抽。為了協助說明’參考線116(示於圖1〇)與沿著"乂轴„ 之位置相對應’並且由離轉移閘82最遠的點U 7開始，橫 越影像感測區域86及轉移閘82，以及終於源極接點83再過 去一些的點1 18。參考點！丨7和n8描繪於"x軸” 121之上。 參考線1 16顯示當儲存電荷自影像感測區域86移除時的電 流方向。 為了協助且瞭解圖120，增加了括號以表示出階梯區域 ____-17- 本紙張尺度適用中國國家標窣（CNS > A4洗^711^297公瘦） A7 459393 _ B7 五、發明説明（15 ) 91、（亦即區域112、110、108、104)、基本區域9〇、頸區 域89、轉移閘82以及源極區域83的位置。因此，分別標示 括號與編號9Γ、90’及89'以識別區域91、90及89 ;標示括 號與編號112'、110'、108·及104'以識別區域91内之區域 112、110、108及102 ;標示括號與編號82,以識別轉移閑 82 ;以及標示括號與編號834X識別源極接點83。 靜電圖120也有一個"y軸"122，表示以伏特（v)為單位沿 著參考線116上每一點之固定電位。沿著參考線116影像感 測區域86之固定電位在圖11以電位線123描續出來。換句 話說，當元件81正在感測光學影像或者正工作於影像感測 模式時，電位線123顯示出影像感測元件81之電位井圖。 當電荷儲存於影像感測元件8 1時，電荷將流向固定電位較 高的位置。儲存於影像感測區域，亦即區域89、9〇以及9 i 的電荷量以斜影線124表示。須知，因為轉移閘82並未啟 動’在影像感測區域90和源極區域83之間存有一個靜電壁 叠。因此，儲存於源極區域83的電荷量可以忽略，故靜電 圖120中表示源極區域83之部份沒有斜影區。靜電壁叠的 高度以箭號125表示。 接著參考圖12’靜電圖127描繪了當電位供給至源極區域 83且轉移閘82致能時儲存於影像感測區域86的電荷量^如 圖所示，區域89、90和9 1沒有斜影線以及源極區域83有斜 影線128 ,表示儲存於區域89、90及91之電荷已經轉移至 源極區83。 所以’在使用根據本發明具體實施例中影像感測區域86 _ -18 - 本紙浪尺度·^家標準（CNS 2ίΟΧ297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ，1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 經濟部中夹標隼局貝工消費合作社印策 A7 B7 五、發明説明（彳6 ) ' 之結構時幾乎所有在影像元件81之電荷皆轉移至源極區域 83=藉由靜電壁壘高度（參考圖丨丨之編號之選擇使得幾 乎所有影像感測區域内之電荷皆轉移至源極區域83 ^靜電 壁壘的高度與基本區域90的有效元件寬度成比例。因為基 本區域90的元件寬度是區域9〇與91中最廣的，壁壘高度是 此區域中最大的。 圖13是根據本發明第四具體實施例中像素單元之—部份 130的上視圖。更特別的是，圖13描繪一個影像感測元件 13 1、一個轉移閘82及一個源極接點83的上視圖。影像感 測元件1 3 1形成於半導體基底内並且有一個主動感測區或 區域132。影像感測區域132由場氧化物88所環繞並且由一 個頸區域89、一個基本區域90及一個延伸基本區域133所 組成。須知不同圖裏的相同參考編號代表相同的元件。特 別的是’頸區域89與基本區域90已於參照圖1 〇時說明。 延伸基本區域133是一個具備相對應邊緣136與137以及邊 緣138的矩形區域。雖然延伸基本區域133的轉角141及142 以斜面狀或雖形表示’這並不侷限本發明。如熟悉此技藝 的人所知’斜面狀可用以維持所需之電位輪廓。一個具備 相對應邊緣144和145以及相對應邊緣146和147之場氧化孤 島143置於延伸基本區域133内。雖然圖示之場氧化孤島 延伸進入基本區域90，須知這不侷限本發明。例如，場氧 化孤島也許只出現在延伸基本區域133。場氧化孤島143可 以縮短延伸基本區域133内之元件寬度使之小於元件寬度 W9〇。根據第四具體實施例，延伸基本區域有五個次 __-19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X 297公釐） ---.---，衣-- (諸先聞讀背面之注意事項再填窝本頁} 訂 A7 4 . B7__ 五、發明説明（17 ) 區域151、152、153、154與155，其中每個次區域151、 152、153、154與155有自己的元件寬度。更特別的是，次 區域151有一個自邊緣136延伸至邊緣144的元件寬度 5 i ;次區域1 52有一個自邊緣148延伸至邊緣1 57的元件 寬度W152 ;次區域153有一個自邊緣138延伸至邊緣146的 元件寬度W153 ;次區域154有一個自邊緣149延伸至邊緣 158的元件寬度W154 ;次區域155有一個自邊緣137延伸至 邊緣145的元件寬度W155。必需瞭解的是，區域的元件寬 度是此區域兩個相對應邊緣的最短距離。必需進一步瞭解 的是，元件寬度 w89、w90、w151、w152、w〗53、w154 與 W!55可以相等’或者經由設置使元件寬度识153小於或等於 元件寬度从⑴與W154，依序小於或等於元件寬度|151與 W!55 ’依序小於或等於元件寬度w89與w90，亦即 W153SW152、W154SW151、w155 幺 w89、w90。因此，影像感 測區13 2的寬度在影像感測區域13 3最接近轉移閘g 2的部份 最廣並且隨著趨近和圍繞著孤島，亦即遠離轉移閘82，而 遞減。 影像感測區域13 2是一個連續性的結構^因此，次區域 151 ' 152 ' 153 I54及彼此之間互相連續並與基本區 域90呈連續性《換句話說’頸區域89、基本區域9〇和延伸 基本區域1 3 3形成一個連續性結構。雖然圖示一個單一的 場氧化孤島，這不侷限本發明，亦即可以在基本區域9〇和 延伸基本區域U3形成一個或更多的場氧化孤島。此外， 場氧化孤島143的形狀不侷限本發明。舉例而言，場氧化 -20- 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（2S0X297公麓） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 A7 B7 i、發明説明（18 ) 孤島可以有三邊、四邊、五邊、七邊等等。 影像感測元件13 1有一個靜電圖與分別圖示於圖11及1 2 的靜電圖120及127類似。 圖14是根據本發明第五具體實施例中像素單位之一部份 1 80的上视圖。更特別地，圖14描繪出一個含有一個影像 感測元件1 81 ' —個轉移閘82與一個源極接點83的上視 圖。形成於半導體基底的影像感測元件181有一個主動感 測區或區域1 82。影像感測區域I 82由場氧化物88所環繞並 由一個頸區域89、一個基本區域90及一個延伸基本區域 1 83所組成。應該瞭解在不同圖中的相同參考編號代表相 同的元件。尤其是頸區域89和基本區域90已經於參考圖10 時說明。 經濟部中央橾準局員工消费合作杜印製 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 延伸基本區域1 83由兩個矩形延伸區1 86和1 87所組成。延 伸區186和187也參照成指狀物或標籤物。延伸區186有兩 個相對應的邊緣188和189、一個底邊緣（end edge) 190以及 錐狀彎角191與192。延伸區186有一個自邊緣188延伸至 1 89的元件寬度W1S6。延伸區1 87有兩個相對應的邊緣195 和196、一個底邊緣197以及錐狀彎角198與199。延伸區 187有一個自邊緣195延伸至196的元件寬度W187。元件寬 度WI86和W187最好相等。元件寬度w186和识187小於或等於 元件寬度评89與W90。因此，影像感測區182之寬度在影像 感測區域1 83最接近轉移閘82的部份較廣並且隨著趨近延 伸區1 86與1 87，亦即遠離轉移閘82而遞減。 影像感測區域1 82是一個連續性結構。因此，延伸區1 86 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明说明（19 ) 和187與基本區域90呈連續性。換句話說，頸區域89、基 本區域90以及延伸基本區域1 83形成一個連續性結構。延 伸區的數目不侷限本發明，亦即可以有多於兩個的延伸 區。 影像感測元件181有一個靜電圖與分別圖示於圖丨i及12 的靜電圖120及127相類似。 圖15是根據本發明第六具體實施例中像素單位之一部份 2 1 0的上視圖。更特別地’圖丨5描繪出一個含有一個影像 感測元件211、一個轉移閘82與一個源極接點83的上視 圖。形成於半導體基底的影像感測元件211有一個主動感 測區或區域212。影像感測區域212由場氧化物88所環繞並 由一個頸區域89、一個基本區域90及一個延伸基本區域 213所組成。應該瞭解在不同圖中的相同參考編號代表相 同的元件。尤其是頸區域89和基本區域90已經於參考圖1〇 時說明。 延伸基本區域213由兩個矩形區域延伸區216和217所組 成。延伸基本區域2 13也參照成標籤物。矩形區域216有兩 個相對應的邊緣21 8和219以及一個自邊緣218延伸至219的 寬度Ww。矩形區域217有相對應的邊緣222和223、相對 應的邊緣224和225以及錐狀彎角226、227與228。更進一 步’矩形區域217有一個元件寬度W2I7，其中元件寬度w217 小於元件件寬度W216並依次小於元件寬度W89和W9G。影像 感測區域2 12是一個連續性結構。因此，基本區域90與矩 形區域2 16呈連續性並與矩形區域2 17呈連續性。 -22 - 本紙涑尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I ,4.
<1T A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印11 五、發明説明（2〇 ) 基本區域90中影像感測區212，亦即最接近轉移閘以處 的寬度最廣並且隨著趨近場延伸區域213，亦即遠離轉移 間8 2而遞減。 影像感測元件2 11有一個靜電圖與分別圖示於圖u及 的靜電圖120及127類似。 到目前應該體會到已經提供了一種有一個影像感測元件 的電子元件以及一種改良由影像感測元件轉移電荷效率的 万法。本發明藉著形成使接近轉移閘處有最寬廣之元件寬 度的影像感測區來利用影像感測元件的窄寬度效應。當轉 移閘致能而幾乎所有影像感測區之電荷皆轉移至源極區域 時，這種結構保證介於影像感測區域和源極區域之間的靜 電壁壘得以減少。從此區域移除所有電荷可以增加光電二 極體之精準性、降低電源消耗以及減少出現在视覺應用由 感測遲滯所產生之鬼影。另外，本發明能立即併入標準製 程。因此，本發明不會增加製造成本和整個製造像素單的 過程時間。 雖然已經揭示並說明了本發明特有的具體實施例，對熟 悉此項技藝的人將有進一步的修改及改良β必需瞭解本發 明並不偈限在圖示的特殊格式，在附加的申請轉利範圍 裏，將含蓋所有不違背本發明精神與範疇的修改。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（2丨0X297公釐） I— u n n f— I t^—丁 1 · '-e (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁；}