改善电子元件中的像素电荷转移的电子元件和方法

专利名称：改善电子元件中的像素电荷转移的电子元件和方法
技术领域：
本发明涉及电子元件，特别是能够感测光信号的电子元件。
诸如照相机、扫描仪、生物测量系统等之类的图象传感器应用经常使用固体电子元件检测图象。通常，该电子元件包括以与信号处理和控制电路集成在单个半导体芯片上的图象传感器件为特征的像素元。由于可将常规的工艺技术用于其制造，图象传感器件与信号处理和控制电路的集成提供了低成本和高产出的优点。
在操作中，来自光信号的光子轰击图象传感器件，从而产生电子空穴对。把电压施加到图象传感器件以便消除一种电荷，同时把另一种电荷存储在图象传感区。然后消除图象传感区中存储的该种电荷。信号处理和控制电路测量从图象传感区除去的电荷量，并将该测量结果变换成表示由图象传感器件感测的光信号强度的值。然而，由于图象传感区的结构，并不能完全消除图象传感区中存储的该种电荷。留下的电荷降低了像素元的灵敏度并导致图象滞后。
因此，最好有一种用于增加从图象传感器件消除的电荷量的结构和方法。另外，最好是能够使用标准工艺技术制造该结构。


图1是具有图象传感区、转移栅极、和源节点的现有技术的一部分像素元的俯视图；图2是不起动转移栅极时图1的像素元的静电示意图；图3是起动转移栅极时图1的像素元的静电示意图；图4是根据本发明第一实施例的一部分像素元的俯视图；图5是图象传感器件41沿图4的截面线5-5的截面图；图6是图象传感器件41沿图4的截面线6-6的截面图；图7是不起动转移栅极时图4的像素元的静电示意图；图8是起动转移栅极时图4的像素元的静电示意图；图9是根据本发明第二实施例的一部分像素元的俯视图10是根据本发明第三实施例的一部分像素元的俯视图；图11是不起动转移栅极时根据本发明的像素元的静电示意图；图12是起动转移栅极时根据本发明的像素元的静电示意图；图13是根据本发明第四实施例的一部分像素元的俯视图；图14是根据本发明第五实施例的一部分像素元的俯视图；和图15是根据本发明第六实施例的一部分像素元的俯视图。
为了简化和清楚地表示，没有按比例画出附图中的元件，并且相同参考标号在不同的附图中表示相同元件。
通常，本发明提供以具有诸如光电传感器之类的图象传感器件的像素元为特征的电子元件，和用于改善像素元中电荷转移效率的方法。通常，4-晶体管像素元包括一个图象传感器件，一个电荷转移器件，一个源节点，一个复位器件，一个缓冲器件，和一个行选择器件。图象传感器件具有用于响应照射到图象传感器件上的光来收集电荷种类的图象传感区。然后启动电荷转移器件，以便把图象传感区中存储的电荷转移到源节点。量化转移的电荷的数以确定像素元接收的光的强度。发明人已经发现了图象传感区的结构中产生静电势垒并阻碍消除图象传感区中存储的所有电荷的缺陷。对该问题的一种解决方案是增加启动转移栅极的电压。然而，该解决方案增加了图象传感器件的能耗，并且仍不能消除图象传感区中存储的所有电荷。另一种解决方案是在转移栅极下形成附加的掺杂区。这种解决方案的缺陷在于它涉及到另外的工艺步骤，增加了制造成本和制造像素元的周期时间。
图1是现有技术的像素元的一部分10的俯视图，其意图是说明现有技术的像素元所共有的问题。特别是，图1说明了具有图象传感器件11，转移栅极12，和源节点22的像素元部分的俯视图。在半导体衬底13上形成图象传感器件11，具有由场氧化15包围的有源传感区域或区14。有源传感区14是″U″形区，由主区17、颈区18、和栅极区19构成。有源传感区14也被称为图象传感区。由于区17是其上收集电荷的大传感器区，因此也称区17为主区。由于区18把主区17连接到栅极区19，并且它比主区17和栅极区19窄，因此也称区18为颈区。由于区19接近转移栅极12，也称区19为栅极区。
主区17为具有四个边并且宽度为W17的方形区。颈区18是具有宽度W18和从主区17延伸的第一端的矩形区。颈区18的宽度W18小于主区17的宽度W17。颈区18的第二端连接到栅极区19并且与栅极区19是连续的。栅极区19与转移栅极12的第一边相邻，并且具有宽度W19。应该理解，颈区18的宽度W18分别小于主区17和栅极区19的宽度W17和W19。源节点22与转移栅极12的第二边相邻。
参考线24仅说明电荷沿其行进的参考点26和27之间的路径，并且将参考图2进一步描述。
图象传感器件11的目的是在图象传感器件11处在图象传感模式时捕获由图象产生的光信号。特别是，来自光信号的光子轰击有源传感区14，并且产生在图象传感区14内生成存储的电荷的电子空穴对。图象传感区14中存储的电荷量与图象传感器件11检测的光信号的强度成正比。
捕获到图象后，测量图象传感区14中存储的电荷量，以便能确定光信号的强度。通过向源节点22施加电压和起动转移栅极12来提取存储的电荷。虽然该过程提取了图象传感区14中存储的大部分电荷，颈区18生成的势垒阻止提取图象传感区14中存储的所有电荷或从该区消除所有电荷。
结合图1描述在图2所示的静电示意图23中演示的颈区18的效应。静电示意图23是表示不起动转移栅极12，即关闭时图象传感区14中存储的电荷量的曲线图。静电示意图23具有以微米表示沿参考线24穿过图象传感区14、转移栅极12、和源节点22(见图1)的位置的″X轴″20。采用参考线24是为了有助于对静电示意图23的描述，其中参考线24对应于沿″X轴″的位置，″X轴″在远离转移栅极12，即末端的点26开始。然后，参考线24穿过图象传感区14、转移栅极12，并在靠近源节点22的点27终止。参考点26和27表示在″X轴″20上。应该理解，参考线24表示当从图象传感区14消除存储的电荷时电流的方向。
为便于进一步理解示意图23，加入了括号以给出区域17、18、19、和22、以及转移栅极12的位置。因此，主区17由标有数字17′的括号识别；颈区18由标有数字18′的括号识别；栅极区19由标有19′的括号识别；转移栅极12由标有12′的括号识别；源节点22由标有22′的括号识别。
静电示意图23还有在沿参考线24的每一点以伏(V)表示牵制电位(pinning potentials)的″Y轴″29。牵制电位是从图象传感区14中的特定位置消除存储的所有电子所需的电压。图2中通过电位线33说明了图象传感区14沿参考线24的牵制电位。换句话说，电位线33表示当器件11正在感测光图象或以图象传感模式工作时图象传感器件11的势阱。因为电荷被收集并存储在图象传感器件11中，它流向具有最高牵制电位的地方。用断面线34表示图象传感区14，即主区17、颈区1、和栅极区19中存储的电荷量。应指出，由于仍未启动转移栅极12，在栅极区19和源极区22之间出现静电势垒。因此，可忽略源极区22中的电荷量，因此，表示源极区22的该部分静电示意图23没有断面线。由箭头30表示静电势垒的高度。
现在参考图3，示出静电示意图38来给出当向源极区22施加电位并启动，即接通或起动转移栅极12时图象传感区14中存储的电荷量。颈区18和栅极区19中存储的电荷已转移到源极区22，如颈区18和栅极区19没有断面线的部分以及源极区22中有断面线39的部分所示。然而，一些电荷保留在主区17中。
因此，当向源极区22施加电压并且启动转移栅极12时，图象传感区11中存储的电荷并未全部转移到源极区22。这是因为在颈区18处的图象传感区14的结构变窄产生了静电势垒(由图3中的箭头30′表示)，该静电势垒阻止主区17中的一些电荷转移到源极区22。静电势垒的高度与颈区18的有效宽度成反比。换句话说，随着颈区18宽度的减小，势垒的高度增加，并且增加了图象传感区14中保留的存储电荷量。
应该指出，静电势垒的宽度与颈区18沿参考线24的长度成正比。一般来说，静电示意图38(图3)中所示的静电势垒的宽度远不及势垒高度那样明显。如果颈区18的长度足够短，图象传感区14中存储的电荷能克服颈区18产生的静电势垒。如果静电势垒的宽度足够窄到能使存储的电荷穿过静电势垒，克服静电势垒是可能的。在现有技术的图象传感器件中，静电势垒的宽度足够大到存储的电荷不能穿过静电势垒。
图4是根据本发明第一实施例的像素元的一部分40的俯视图。图4所示的是图象传感器件41、转移栅极42、和源节点43的俯视图。在半导体衬底中形成图象传感器件41并具有由场氧化48围绕的有源传感区域或区47。图象传感区47由用锥形区分开的矩形区构成。具体地说，具有器件宽度W49的矩形区49与转移栅极42相邻。器件宽度W49在矩形区49中基本上是恒定的。锥形区50将矩形51耦合到矩形区49。锥形区50具有可变的器件宽度W50，相邻矩形区49的部分较宽，相邻矩形区51的部分较窄，就是说，锥形区50在离开矩形区49延伸的方向变细或变窄。矩形区51具有基本恒定的器件宽度W51。
矩形区51通过锥形区52耦合到矩形区53。锥形区52具有可变的器件宽度W52，相邻矩形区51的部分较宽，相邻矩形区53的部分较窄。矩形区53具有基本恒定的器件宽度W53。应该理解，子区的宽度是该子区的任何两个相对边之间的最小距离。
矩形区49、51、和53分别具有基本上一致的宽度W49、W51、和W53，其中矩形区53的宽度比矩形区51的宽度小，而矩形区51的宽度又比矩形区49的宽度小，即W53＜W51＜W49。应该理解，根据第一实施例，一个区域的器件宽度是电流流向中该区的最窄宽度。因此，矩形区49和51的器件宽度是这些区的矩形的长度。锥形区47所具有的宽度W47的范围在矩形区51的宽度和矩形区49的宽度之间，即W51≤W50≤W49。锥形区52所具有的宽度W52的范围在矩形区49的宽度和矩形区51的宽度之间，即W53≤W52≤W51。
因此，图象传感区47的宽度在最接近转移栅极42的矩形区中最宽，并在朝向矩形区53的方向，即从转移栅极42起的矩形栅极末端减小。
参考线54仅示出了在点56和57之间穿过的路径，并参考图7进一步描述。
图5是图象传感器件41沿图4的截面线5-5的截面图。图5所示的是以其上布置有外延层45的半导体衬底44为特征的半导体材料。作为例子，半导体衬底44和外延层45是P型导电，其中半导体衬底44中的P型掺杂物的浓度大于外延层45中P型掺杂物的浓度。半导体材料具有在其上布置栅氧化层55的大表面46。转移栅极42形成在一部分栅氧化层55上。另外，一部分场氧化48形成在外延层45上。
场区68形成在场氧化48下面。N型导电的光电二极管阱67从主表面46延伸到外延层45中。当图象传感器件41是牵制光电二极管(pinned photodiode)时，在外延层45中形成牵制区(pinningregion)69。作为例子，牵制区69是P型导电并从场掺杂区68延伸到转移栅极42的边缘。牵制区69不象光电二极管阱67那样延伸到外延层45那么远。图象传感器件41进一步包括N型导电的源极区43。
虽然未示出，应该理解，可以在图象传感器件41上形成自对准硅化物(salicide)阻挡结构。通常，自对准硅化物阻挡结构是防止在图象传感器件41上形成自对准硅化物的氮化物掩膜。由于该结构是一种任选特性，未将其示出。
为便于进一步理解图4和5的图象传感器件41的部分之间的关系，已加入括号来表示区49、50、51、52、和53的位置。因此，可用分别标有数字49′、51′、和53′的括号识别矩形区49、51、和53；用标有数字50′和52′的括号识别锥形区50和52。
图6是图象传感器件41沿图4的截线6-6的截面图。应该理解，相同的参考标号在不同的附图中表示相同元件。特别是，已参考图4和5描述了半导体衬底44、外延层45、光电二极管阱67、牵制区(pinning region)69、氧化层55、场掺杂区68、场氧化48、和转移栅极42。图6进一步说明了与转移栅极42相邻的图象传感区的宽度W49。宽度W49大于宽度W50、W51、W52、和W53。因此，除了宽度逐渐变小外，在区50、51、52、和53中所取的截面看上去与图6所示的相同。
图象传感区47的构成为靠近转移栅极42较宽和当向参考点56移动时较窄，这种构成的效果将结合图4用图7所示的静电示意图60来证明。静电示意图60是表示在不向源极区43施加电位和不启动转移栅极42，即关闭时图象传感区47中存储的电荷量的曲线图。静电示意图60具有以微米表示沿参考线54穿过图象传感区47、转移栅极42、和源极节点43(见图4)的位置的″X轴″61。采用参考线54是为了有助于对静电示意图60的描述。参考线54对应于沿″X轴″的位置，″X轴″在远离转移栅极42的点56开始。此后，参考线54穿过图象传感区47和转移栅极42，并在靠近源节点43的点57终止。参考点54表示在″X轴″61上。参考线54表示当存储的电荷从图象传感区47消除时电流的流向。
为进一步便于理解示意图60，加入了括号以给出区域49、50、51、52、和53，以及转移栅极42的位置。因此，矩形区49、51、和53分别由标有数字49′、51′、和53′的括号识别；锥形区50和52由标有数字50′和52′的括号识别；转移栅极42由标有42′的括号识别；源节点43由标有43′的括号识别。
静电示意图60还有在沿参考线54的每一点以伏(V)表示牵制电位的″Y轴″62。图7中通过电位线63说明了图象传感区47沿参考线54的牵制电位。换句话说，电位线63表示当器件41正在感测光学图象或以图象传感模式工作时图象传感器件11的势阱图。因为电荷被存储在图象传感器件41中，它流向具有最高牵制电位的地方。用断面线64表示图象传感区47，即矩形区49、51、和53以及锥形区50和52中存储的电荷量。应指出，由于仍未起动转移栅极42，在矩形区49和源极区43之间出现静电势垒。因此，可忽略源极区43中的电荷量，因此，表示源极区43的该部分静电示意图63没有阴影线。由箭头65表示静电势垒的高度。
现在参考图8，示出静电示意图64来给出当向源极区43施加电位和启动转移栅极42时图象传感区41中存储的电荷量。矩形区49、51、和53，以及锥形区50和52中存储的电荷已转移到源极区43，如区49、50、51、52、和53中没有断面线的部分以及源极区66中有断面线66的部分所示。
因此，当使用根据本发明第一实施例的图象传感区47的结构时，图象传感器件41中的所有电荷基本上全部转移到源极区43。改变静电势垒(图7中的参考标号65)的高度，以使图象传感区47中的电荷基本上全部转移到源极区43。静电势垒的高度与矩形区49的有效宽度成正比。由于矩形区49的宽度是图象传感区47的矩形区49、51、和53以及锥形区50和52的最宽的地方，势垒的高度在该区最大。
图9是根据本发明第二实施例的像素元的一部分70的俯视图。具体地说，图9示出了图象传感器件71、转移栅极72、和源节点73的俯视图。在半导体衬底中形成图象传感器件71，并具有有效传感区域或区74。图象传感区74由场氧化48围绕并由矩形区49、51、和53以及锥形区50和52构成，如参考图4描述的。另外，图象传感区74包括所具有的宽度W75小于矩形区49的宽度W49的颈区75。颈区75具有从转移栅极72的边缘77延伸到最接近边缘77的矩形区49的边缘的长度L75，其中L75的值为0.3微米或更小。应该指出，边缘也被称为侧面。虽然宽度W75小于宽度W49，颈区75的短长度允许施加到转移栅极72的电位降低颈区75产生的静电势垒。因此，在第二实施例中，将长度L75的值保持在0.3微米或更小。这种情况下，图象传感器件71的静电示意图与图7和8所示的图象传感器件41的相同。
图10是根据本发明第三实施例的像素单元的一部分80的俯视图。具体地说，图10示出了图象传感器件81、转移栅极82、和源节点83的俯视图。在半导体衬底中形成图象传感器件81，并具有有源传感区域或区86。有源传感区86由场氧化88围绕并由颈区89、主区90、和阶梯区91组成。颈区89是与转移栅极82的边缘85相邻的矩形区。颈区89具有从转移栅极82的边缘85延伸的两个相对边缘92和93。边缘也被称为侧边。边缘92和93的长度近似小于0.3微米。虽然该实施例包括颈区89，应该理解，这不是对本发明的限定。例如，图象传感器件81可以没有颈区，或是转移栅极82的边缘85可与图象传感区86的边缘94重叠。
主区90是具有相对边缘94和95以及相对边缘96和97的矩形区。虽然主区90的角98和99表示为斜切边或锥形，这不是对本发明的限定。正如本领域的技术人员所知道的，为保持所希望的电位轮廓图可能需要使用斜切边。边缘94和95基本上相互平行并相互隔开一个器件宽度W90。应该理解，图象传感区86是一个连续结构。因此，与主区90相邻的边缘92和93之间的颈区89的部分与主区90是连续的。
图象传感区86进一步包括阶梯或锯齿区91。阶梯区91具有基本上为直线或笔直的边缘102和锯齿边缘103。由于锯齿边缘103，可以以多个相邻的矩形区为特征描述阶梯区。其中边缘102是每个相邻的矩形区所共有的，每个相邻的矩形区具有基本上一致的器件宽度，该器件宽度与一个相邻矩形区的器件宽度不同。特别是，阶梯区91包括具有相对边缘102和106以及器件宽度W104的矩形区104；具有相对边缘102和109以及器件宽度W108的矩形区108；具有相对边缘102和111以及器件宽度W110的矩形区110；和具有相对边缘102和113以及器件宽度W112的矩形区112。边缘106、109、111、和113配合形成边缘103。器件宽度W104大于器件宽度W108；器件宽度W108大于器件宽度W110，器件宽度W110大于器件宽度W112，即W104＞W108＞W110＞W112。图象传感区86具有连续结构。因此，与主区90相邻的边缘102和106之间的锯齿区104的部分与主区90是连续的。同样，边缘102和109之间的锯齿区108的部分与锯齿区104是连续的；边缘102和111之间的锯齿区110部分与锯齿区108是连续的；边缘102和113之间的锯齿区112部分与锯齿区110是连续的。虽然已给出并描述了四个矩形区，应该理解，这不是对本发明的限定。例如，可以有多于或少于四个矩形区。
因此，图象传感区86在主区90中，即最接近转移栅极82的区中最宽，并在朝向阶梯区91，即远离转移栅极82的方向减小。
参考线116仅示出了在点117和118之间穿过的路径，并将参考图11和12进一步描述。
图象传感区86的构成为靠近转移栅极82较宽和当向参考点117移动时较窄，其效果结合图10在图11所示的静电示意图120中示出。静电示意图120是表示在不向源极区83施加电位和不启动转移栅极42，即关闭时图象传感区86中存储的电荷量的曲线图。静电示意图120具有以微米表示的穿过图象传感区86、转移栅极82、和源极节点83(见图10)的位置的″X轴″121。为帮助描述，参考线116(图10中所示)对应于沿″X轴″的位置，并在从转移栅极82最远的点117开始，穿过图象传感区86和转移栅极82，并在源极节点83以外的点118终止。参考点117和118表示在″X轴″121上。参考线116表示当存储的电荷从图象传感区86消除时电流的方向。
为进一步便于理解示意图120，加入了括号以给出阶梯区91，(即区112、110、108、104)、主区90、颈区89、转移栅极82、和源极区83的位置。因此，区91、90、和89分别由标有数字91′、90′、和89′的括号识别；区91的矩形区112、110、108、和102由标有数字112′、110′、108′、和104′的括号识别；转移栅极82由标有82′的括号识别；源节点83由标有83′的括号识别。
静电示意图120还有在沿参考线116的每一点以伏(V)表示牵制电位的″Y轴″112。图11中通过电位线123说明了图象传感区86沿参考线116的牵制电位。换句话说，电位线123表示当器件81正在感测光学图象或以图象传感模式工作时图象传感器件81的势阱图。因为电荷被存储在图象传感器件81中，它流向具有最高牵制电位的地方。用断面线124表示图象传感区86，即区89、90、和91中存储的电荷量。应指出，由于仍未起动转移栅极82，在图象传感区90和源极区83之间出现静电势垒。因此，可忽略源极区83中的电荷量，因此，表示源极区83的该部分静电示意图123没有阴影线。由箭头125表示静电势垒的高度。
现在参考图12，示出静电示意图127来给出当向源极区83施加电位和启动转移栅极82时图象传感区81中存储的电荷量。区89、90、和91中存储的电荷已转移到源极区83，如区89、90、和91中没有断面线的部分以及源极区83中有断面线128的部分所示。
因此，当使用根据本发明该实施例的图象传感区86的结构时，图象传感器件81中的电荷基本上全部转移到源极区83。改变静电势垒(图11中的参考标号125)的高度，以使图象传感区86中的电荷基本上全部转移到源极区83。静电势垒的高度与主区90的有效器件宽度成正比。由于主区90的器件宽度是区90和91的最宽的地方，势垒的高度在该区最大。
图13是根据本发明第四实施例的像素元的一部分130的俯视图。具体地说，图13示出了图象传感器件131、转移栅极82、和源极节点83的俯视图。在半导体衬底中形成图象传感器件131，并具有有源传感区域或区132。图象传感区132由场氧化88围绕并由颈区89、主区90和延伸的主区133构成。应该理解，不同附图中的相同参考标号表示相同元件。特别是，已参考图10描述了颈区89和主区90。
延伸的主区133是具有相对边缘136和137以及边缘138的矩形区。虽然延伸的主区133的角141和142表示为斜切边或锥形。这不是对本发明的限定。正如本领域的技术人员所知道的，为保持所希望的电位轮廓图可能需要使用斜切边。具有相对边缘144和145以及相对边缘146和147的场氧化岛143位于延伸的主区133中。虽然所示的场氧化岛143延伸到主区90中，应该理解，这不是对本发明的限定。例如，场氧化岛143可仅出现在延伸的主区133中。场氧化岛143起到缩短延伸的主区133内器件宽度的作用，以使它们小于器件宽度W90。根据第四实施例，延伸的主区具有五个子区151、152、153、154、和155，其中子区151、152、153、154、和155中的每一个有其自己的器件宽度。具体地说，子区151具有从边缘136延伸到边缘144的器件宽度W151；子区152具有从边缘148延伸到边缘157的器件宽度W152；子区153具有从边缘138延伸到边缘146的器件宽度W153；子区154具有从边缘149延伸到边缘158的器件宽度W154；子区155具有从边缘137延伸到边缘145的器件宽度W155。应该理解，一个区的器件宽度是该区的两个相对边缘之间的最短距离。还应该理解，器件宽度W89、W90、W151、W152、W153、W154、和W155可以相同，或设定器件宽度，以使器件宽度W153小于或等于器件宽度W152和W154，器件宽度W152和W154又小于或等于器件宽度W151和W152，器件宽度W151和W152又小于或等于器件宽度W89和W90，即，W153≤W152，W154≤W151，W155≤W89，W90。因此，图象传感区132的宽度在最接近转移栅极82的图象传感区133的部分中最宽，并在朝向和围绕岛，即离开转移栅极82的方向减小。
图象传感区132是连续结构。因此，子区151、152、153、154、和155相互连续并与主区90连续。换句话说，颈区89、主区90、和延伸的主区132形成连续结构。虽然示出了一个唯一的场氧化岛，这不是对本发明的限定，就是说，可以有一个或多个场氧化岛形成在主区90和延伸的主区132中。另外，场氧化岛143的形状不是对本发明的限定。例如，场氧化岛可以有三个侧边、四个侧边、五个侧边、七个侧边等。
图象传感器件131具有与图11和12分别所示的静电示意图120和127相似的静电示意图。
图14是根据本发明第五实施例的像素元的一部分180的俯视图。具体地说，图14示出了图象传感器件181、转移栅极82、和源节点83的俯视图。在半导体衬底中形成图象传感器件131，并具有有源传感区域或区182。图象传感区182由场氧化88围绕并由颈区89、主区90和延伸的主区183构成。应该理解，不同附图中的相同参考标号表示相同元件。特别是，已参考图10描述了颈区89和主区90。
延伸的主区183包括两个矩形延伸186和187。延伸186和187也被称为手指(finger)或突舌(tab)。延伸186有两个相对边缘188和189，一个端边缘190，和锥形角191和192。延伸186具有从边缘188延伸到189的器件宽度W186。延伸187有两个相对边缘195和196，一个端边缘197，和锥形角198和199。延伸187具有从边缘195延伸到197的器件宽度W187。器件宽度W186和W187最好相等。器件宽度W186和W187小于或等于器件宽度W89和W90。因此，图象传感区182的宽度在最接近转移栅极82的图象传感区183的部分中最宽，并在朝向延伸186和187，即离开转移栅极82的方向减小。
图象传感区182是连续结构。因此，延伸186和187与主区90连续。换句话说，颈区89、主区90、和延伸的主区132形成连续结构。延伸的数量不是对本发明的限定，就是说，可以有多于两个场延伸。
图象传感器件181具有与图11和12分别所示的静电示意图120和127相似的静电示意图。
图15是根据本发明第六实施例的像素元的一部分210的俯视图。具体地说，图15示出了图象传感器件211、转移栅极82、和源节点83的俯视图。在半导体衬底中形成图象传感器件211，并具有有源传感区域或区212。图象传感区212由场氧化88围绕并由颈区89、主区90和延伸的主区213构成。应该理解，不同附图中的相同参考标号表示相同元件。特别是，已参考图10描述了颈区89和主区90。
延伸的主区213包括两个矩形区216和217。延伸的主区213也被称为突舌。矩形区216有两个相对边缘218和219，和从边缘218延伸到219的器件宽度W216。矩形区217有相对边缘222和223，相对边缘224和225，以及锥形角226、227、和228。另外，矩形区217具有器件宽度W217，其中器件宽度W217小于器件宽度W216，器件宽度W216又小于器件宽度W89和W90。因此，主区90是与矩形区216连续，矩形区216与矩形区217连续。
图象传感区212的宽度在主区90中，即最接近转移栅极82的区中最宽，并在朝向场延伸区213，即离开转移栅极82的方向减小。
图象传感器件211具有与图11和12分别所示的静电示意图120和127相似的静电示意图。
至此应该理解，已提供了具有图象传感器件的电子元件和改善来自图象传感器件的电荷转移效率的方法。本发明通过使形成的图象传感区在靠近转移栅极处具有最宽器件宽度来利用图象传感器件的窄宽度效应。该结构确保了在启动转移栅极时减小图象传感区和源极区之间的静电势垒，以使图象传感区内的电荷基本上全部转移到源极区。从该区消除所有电荷提高了光电二极管的精度，降低了其功耗并消除了在视频应用中造成出现重影的传感器滞后。另外，可很容易地将本发明引入标准工艺流程。因此，本发明不增加制造成本和制造像素元的周期时间。请随意增加附加优点。
虽然已给出和描述了本发明的具体实施例，本领域技术人员可进行进一步的变化和改进。应该理解，本发明不限于给出的特定形式，其意图是由所附权利要求书覆盖不脱离本发明精神和范围的所有变化。
权利要求
1．一种具有光电传感器的电子元件，该光电传感器的特征在于具有一个表面的第一导电型半导体材料；与一部分半导体材料重叠并具有第一和第二栅极边缘的转移栅极；与转移栅极相邻并从该表面延伸到半导体材料中的第二导电型的第一掺杂区，该第一掺杂区具有与第二有源区边缘隔开第一距离的第一有源区边缘和与第四有源区边缘隔开第二距离的第三有源区边缘的第一掺杂区，其中第一距离等于或大于第二距离，和其中第一和第二有源区边缘比第三和第四有源区边缘更靠近转移栅极的第一栅极边缘。
2．根据权利要求1所述的电子元件，其中第一边缘与第二边缘基本平行，第三边缘与第四边缘基本平行。
3．根据权利要求1所述的电子元件，进一步包括在第一掺杂区中的场氧化区，该场氧化区具有一个用作第三有源区边缘的边缘。
4．根据权利要求1所述的电子元件，进一步包括从该表面延伸到第一掺杂区中的第二掺杂区，第二掺杂区为第一导电类型。
5．根据权利要求4所述的电子元件，其中第二掺杂区的一个底部与第一掺杂区的一个底部之间的距离近似小于0.5微米。
6．根据权利要求1所述的电子元件，其中半导体材料包括在其上形成有外延层的半导体衬底。
7．根据权利要求1所述的电子元件，其中第一掺杂区包括第一和第二部分，第一部分包括第一和第二有源区边缘，第二部分包括第三和第四有源区边缘，其中第二部分具有至少一个由第三和第四有源区边缘定界的手指。
8．根据权利要求1所述的电子元件，其中第一掺杂区包括第一和第二部分，第一部分包括第一和第二有源区边缘，第二部分包括第三和第四有源区边缘，其中第二部分具有一个阶梯部分，其中第一阶梯由第三和第四有源区边缘定界。
9．根据权利要求1所述的电子元件，进一步包括第二掺杂区，第二掺杂区与传输栅极的第二边缘相邻。
10．一种具有光电传感器的电子元件，该光电传感器的特征在于具有一个主要表面的半导体材料；与该主要表面重叠的转移栅极，其中该转移栅极具有栅极边缘；图象传感区，其中由从转移栅极的边缘延伸的第一和第二边缘定义该图象传感区，其中从第一边缘到第二边缘的最短距离在沿第一边缘的一个点定义了图象传感区的宽度；和其中图象传感区在沿第一边缘约0.3微米的第一点的宽度至少与图象传感区在沿第一边缘约0.7微米的第二点的宽度一样宽。
全文摘要
一种具有一个图象传感器件(41、71、86、132、182、212)的电子元件和一种用于改善图象传感器件(41、71、86、132、182、212)中的像素电荷转移的方法。图象传感器件(41、71、86、132、182、212)在源极区(43、83)和图象传感区之间有一个转移栅极(42、82)。形成图象传感区以便在最接近转移栅极(42、82)比在转移栅极(42、82)末端点具有更宽的器件宽度。
文档编号H01L27/146GK1283872SQ00119938
公开日2001年2月14日 申请日期2000年7月3日 优先权日1999年7月6日
发明者詹妮弗·J·帕特森, 马克·S·斯文森, 克利福德·I·德劳利 申请人:摩托罗拉公司