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摘要：在实施例中，一种图像传感器包括半导体区域；第一掺杂区域，设置在半导体区域之上；环形阱，设置在第一掺杂区域之上并且包围第一掺杂区域的部分；第二掺杂区域，形成在环形阱内并且设置在第一掺杂区域之上；以及第三掺杂区域，设置在第二掺杂区域之上。环形阱由被绝缘体包围的导体界定。导体连接到电压端子。第三掺杂区域比第二掺杂区域更重地被掺杂，第二掺杂区域比第一区域更重地被掺杂，并且都是相同的掺杂类型。环形阱内的第一掺杂区域和第二掺杂区域形成势垒，该势垒用于控制电荷载流子从第一掺杂区域到第三掺杂区域的转移。

主权项：1.一种图像传感器，包括：半导体区域；第一掺杂区域，设置在所述半导体区域之上；环形阱，设置在所述第一掺杂区域之上并且包围所述第一掺杂区域的部分，所述环形阱由被绝缘体包围的导体界定，所述环形阱包括所述绝缘体和所述导体，所述导体耦合到电压端子；第二掺杂区域，被形成在所述环形阱内并且设置在所述第一掺杂区域之上，所述第二掺杂区域比所述第一掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与所述第一掺杂区域相同；以及第三掺杂区域，设置在所述第二掺杂区域之上，所述第三掺杂区域比所述第二掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与所述第一掺杂区域相同，所述环形阱内的所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域形成势垒，所述势垒用于控制电荷载流子从所述第一掺杂区域到所述第三掺杂区域的转移。

全文数据：具有电荷转移和电荷存储能力的竖直传输门技术领域本公开涉及使用双竖直传输门的背侧照射半导体图像传感器。背景技术诸如在数字设备即，数码相机、平板电脑、手机等中发现的图像传感器通常使用光电检测器阵列来捕获光并且将光转换成电信号。在互补金属氧化物半导体CMOS类型的图像传感器中，来自每个单独光电检测器的电信号被放大并且传输到集成电路，以同时进行处理。随后，清零光电检测器以捕捉下一次曝光。在使用背侧照射BSI的图像传感器中，光在图像传感器的背侧表面上曝光。将光转换成数字信号的传感器电路被布置在图像传感器的前侧。图像传感器可以使用光电效应来在每个光电检测器处吸收光并且将光转换成电子-空穴对。在使用光电二极管或光电门的图像传感器中，在光电检测器的读取周期中的整合时段期间，产生电荷载流子即，空穴或电子并且将其存储在光电二极管或光电门的耗尽区中。在光电检测器的读取周期中的电荷转移时段期间，耗尽区周围的电荷载流子被转移到连接节点，并且产生在光电检测器处曝光的光等级的对应数字表示。美国专利No.8,513,761‘761专利公开了背侧照射半导体图像传感器。图1A-1C对应于‘761专利的图1、4和5。‘761专利通过引用并入本文。图1A示意性地示出了图像传感器的光敏单元阵列的光敏单元的电路。电荷转移晶体管TR、预充电器件和读取器件与阵列的每个光敏单元相关联。预充电器件由N沟道MOS晶体管RST形成，被插入在电源轨Vdd和读取节点S之间。读取器件由第一和第二N沟道MOS晶体管SF和RD的串联连接形成。晶体管SF的漏极连接到供电轨Vdd。晶体管RD的源极连接到处理电路未示出的输入端子P。被组装为源极跟随器的读取晶体管SF的栅极连接到读取节点S。光敏单元包含光电二极管D，光电二极管D的阳极连接到参考电源轨GND并且它的阴极通过电荷转移晶体管TR连接到节点S。通常，晶体管RD、RST和TR的栅极控制信号由控制电路提供，图1A中未示出，并且可以被提供给单元阵列的同一行的所有光敏单元。应当注意，光电二极管总是与转移晶体管TR相关联，但是对于一组光电二极管可能存在单个预充电器件和单个读取器件，这些光电二极管的转移晶体管的漏极然后被互连到同一节点S。图1B是图像传感器的单元的实施例的截面图。这个单元是由轻掺杂的N型硅层或本体11的一部分制成。它是背侧照射器件，即，层11最初将形成厚硅衬底的上表面，可能形成绝缘体上硅SOI结构类型的上硅层。重掺杂的P型壁12包围该单元并且将它与邻近单元隔开。环形阱13形成在单元的正表面侧上，并且界定大体上中心的N型部分，该N型部分被填充有连接到端子TG的导电材料16的绝缘沟槽绝缘体15包围。中心部分包括下部轻掺杂N型部分17和上部重掺杂的N型部分18。在阱13中形成的各种晶体管，例如，图1A的晶体管RST和SF晶体管RD未示出。预充电和读取晶体管可以是几个邻近的单元共用的，目前是四个单元一组。在上表面上形成各种金属化层，以确保与各种晶体管的漏极、源极和栅极的连接。具体地，在N+区域18、预充电晶体管RST的漏极和跟随晶体管的栅极之间提供对应于图1C的读取节点S的互连。通常，一旦这些各种层和连接已经被形成，形成操作件的硅晶片被粘合在金属化叠层的上表面上，并且该器件在后表面侧上被减薄以具有所示的结构。此后，在整个后表面之上形成第二导电类型的薄层19这个层可以在另一个制造阶段形成，例如，最初在SOI衬底的情况下。层19具有多数载流子类型的反型功能，多数载流子被包含在本体11中。这种载流子的类型的浓度的反型也可以由在后表面上设置有电极金属、半导体或者电介质的MOS电容来执行，在有用的传感器灵敏度谱中透明，其产生自由载流子反型沟道MOS效应。最后，每个单元的下表面被覆盖有滤光器20，该滤光器具有所考虑的单元所需的颜色，例如，红色、绿色或蓝色。虽然这在这种类型的结构中是可选的，但是透镜21可以覆盖滤光器20。如前所述，半导体结构可以具有大约3到10微米的厚度。进一步，每个单元的横向延伸可以小于1微米。在操作期间，在其间后表面被照射并且电子存储在本体11的光转换或整合阶段区别于在其间电子从本体11转移到层18以及到读取节点S的转移阶段。在整合阶段期间，半导体本体11和重掺杂的N型区域18之间的导通被耦合到绝缘导电区域16的控制端子TG上的作用中断。实际上，如果电极TG被设置为负电压，例如，-1伏特，则区域17从电子被完全耗尽并且电荷载流子的传递受到在区域17和本体区域11之间所产生的势垒的抑制。因此，区域17起到图1A的晶体管TR的沟道区域的作用，并且区域18对应于连接到读取节点S的该晶体管的漏极区域。图1C示出了在‘761专利中教导的另一实施例的图像传感器单元。在图1C中的相同的元件用与图1B中相同的附图标记表示。图1C和图1B的单元之间的主要区别在于围绕单元的绝缘壁由填充有导体24的沟槽形成，导体24被绝缘体23而不是P型区域包围。导体24连接到端子Vwall。发明内容技术优点总体上由本公开的实施例实现，本公开的实施例描述了用于使用双竖直传输门的背部照射半导体图像传感器的系统和方法。根据一个实施例，图像传感器包括：半导体区域；第一掺杂区域，设置在半导体区域之上；环形阱，设置在第一掺杂区域之上并且包围第一掺杂区域的部分；第二掺杂区域，被形成在环形阱内并且设置在第一掺杂区域之上；以及第三掺杂区域，设置在第二掺杂区域之上。环形阱由被绝缘体包围的导体界定，并且导体连接到电压端子。第二掺杂区域比第一掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与第一掺杂区域相同。第三掺杂区域比第二掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与第一掺杂区域相同。环形阱内的第一掺杂区域和第二掺杂区域形成势垒，该势垒用于控制电荷载流子从第一掺杂区域到第三掺杂区域的转移。根据另一个实施例，图像传感器具有光敏单元阵列。每个光敏单元包括：半导体本体；设置在半导体本体中的阱；设置在阱中的第一导电类型和第一掺杂水平的第一半导体区域；在第一半导体区域下方设置在阱中的第一导电类型和第二掺杂水平的第二半导体区域；在第一半导体区域上方设置在阱中的第一导电类型和第三掺杂水平的第三半导体区域；连接在隔离结构的导电材料和电压端子之间的开关；以及连接到开关的控制端子的控制电路。阱由隔离结构界定，隔离结构包括非导电部分和导电部分，导电部分包括由绝缘材料包围的导电材料。非导电部分设置在导电部分和半导体本体的上表面之间。第一半导体区域被隔离结构的导电部分包围。第二半导体区域的上部部分被隔离结构的导电部分包围，其中第二掺杂水平小于第一掺杂水平。第三半导体区域被隔离结构的非导电部分包围，其中第三掺杂水平大于第一掺杂水平。根据另一种实施例，一种操作图像传感器的方法包括提供光电检测器，光电检测器包括：半导体本体；设置在半导体本体中的阱；设置在阱中的第一导电类型和第一掺杂水平的第一半导体区域；在第一半导体区域下方设置在阱中的第一导电类型和第二掺杂水平的第二半导体区域；在第一半导体区域上方设置在阱中的第一导电类型和第三掺杂水平的第三半导体区域。阱由隔离结构界定，隔离结构包括非导电部分和导电部分，导电部分包括由绝缘材料包围的导电材料。非导电部分设置在导电部分和半导体本体的上表面之间。第一半导体区域被隔离结构的导电部分包围。第二半导体区域的上部部分被隔离结构的导电部分包围，其中第二掺杂水平小于第一掺杂水平。第三半导体区域被隔离结构的非导电部分包围，其中第三掺杂水平大于第一掺杂水平。该方法进一步包括在第二半导体区域处施加偏置以将光电检测器设置在反向偏置之下，将光电检测器暴露于光子，从而在光电检测器中产生电子-空穴对，在导电部分处施加电压使得电子-空穴对的电子或空穴被从第二半导体区域转移到第三半导体区域，并且将在第三半导体区域处收集的电子或空穴的电荷转换为读取电压。附图说明为了更完整的理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中：图1A-1C如前所述，对应于美国专利No.8,513,761的图1、4和5；图2A-2B是具有双竖直传输门的实施例光敏单元的示意图；图3是具有双竖直传输门的实施例图像传感器的简化示意性截面图；图4A是具有双竖直传输门的实施例光敏单元的平面图；图4B-4C是具有双竖直传输门的实施例图像传感器的截面图；图5是具有双竖直传输门的实施例光敏单元的掺杂分布；图6是具有双竖直传输门的实施例光敏单元的时序图；图7A-7C是具有双竖直传输门的实施例光敏单元的静电电势图；以及图8A-8B是具有双竖直传输门的光敏单元的实施例图像传感器的平面图。具体实施方式本公开提供了许多可应用的发明构思，该发明构思可以在很多种具体环境中体现。所讨论的具体实施例仅仅是对特定配置的说明，并不限制本发明的范围。典型的图像传感器包括以矩阵样式配置进行布置的像素阵列，该图像传感器典型地包括一个或多个光电检测器。在一些图像传感器中，光电检测器可以是光电二极管，该光电二极管是通常具有p型半导体区域和n型半导体区域的半导体器件。在p区域和n区域之间的边界形成光电二极管的p-n结。在操作期间，光电二极管处于反向偏置模式。当反向偏置的光电二极管被暴露于光子时，在光电二极管的p-n结周围产生电子空穴对。在p-n结周围形成的电子空穴对被扫到光电二极管的相应的阳极和阴极，并且可以测量光电流。备选地，电荷载流子、空穴或者电子在像素内被转换成放大电压，该电压然后可以被转换成数字信号以进行信号处理。当像素以矩阵配置布置时，来自每个像素的数字信号以连续的行和列进行处理。备选地，光电门可以被用来作为光电二极管的替代物作为光电检测器。光电门是半导体器件，该半导体器件典型地具有p型半导体区域、n型半导体区域以及n型金属氧化物半导体MOS深沟槽区域。在p型半导体区域和n型半导体区域的边界处形成p-n结。在操作期间，p-n结处于反向偏置模式中，并且MOS光电门区域处于耗尽模式中。当反向偏置的p-n结和MOS光电门区域被暴露于光子时，在p-n结和MOS光电门区域的周围产生电子空穴对。与上面讨论的方式类似，关于光电二极管，数字信号被处理作为在光电门处产生的电子空穴对的结果。在背侧照射BSI器件中，入射光首先被暴露在用于形成光敏区域的衬底处，并且电荷载流子被转移到位于暴露于光的表面的相对侧的传感器电路的金属布线。这与传统传感器形成对比，传统传感器的金属布线位于衬底和入射光之间，从而导致光在到达器件的光敏区域之前被部分阻挡。本公开的实施例提供用于操作具有像素传感器的BSI器件的装置和方法，该像素传感器具有门控光电检测器和具有至少双竖直传输门区域的完全耗尽的金属氧化物半导体MOS晶体管。双竖直传输门区域有利地优化了操作电压、载流子损耗和响应时间。在实施例中，光电检测器通过由竖直传输门形成的完全耗尽的MOS晶体管进行门控。每个竖直传输门可以由具有相同掺杂类型但具有不同掺杂水平的单独的硅层形成。在这个实施例中，更靠近图像传感器的背侧的层比更靠近图像传感器的前侧的层具有更低的掺杂水平。具有与硅层相同的掺杂类型的高掺杂的区域被形成于竖直传输门和光电检测器的前侧之间。在另一个实施例中，竖直传输门中的硅层可以被形成为具有在深度上变化的掺杂分布。在这样的实施例中，由于多于一个掺杂步骤，单个硅层的掺杂水平在深度上变化，即，具有比单个注入或扩散步骤的掺杂分布变化更多的掺杂分布。图像传感器的背侧被照射面附近的区域具有比图像传感器的前侧传感器电路附近的区域更低的掺杂水平。在这些实施例中，包围竖直传输门的环形阱形成栅极转移电路。在光电检测器的整合时段期间，向环形阱的导电元件施加电压产生潜在的电荷屏障。将使用图2A-2B描述具有双竖直传输门的实施例光敏单元的示意图。在图3中将描述具有双竖直传输门的实施例图像传感器的简化示意性截面图。将使用图4A描述具有双竖直传输门的实施例光敏单元的平面图。在图4B-4C中将描述具有双竖直传输门的实施例图像传感器的截面图。在图5中将描述具有双竖直传输门的实施例光敏单元的掺杂分布。在图6中将描述具有双竖直传输门的实施例光敏单元的时序图。将使用图7A-7C描述具有双竖直传输门的实施例光敏单元的静电电势图。在图8A-8B中将描述具有双竖直传输门的光敏单元的实施例图像传感器的平面图。图2A是实施例光敏单元100的示意图。光敏单元100包括门控光电检测器103、电源轨Vdd、感测节点存储器件SN和三个增强型p沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET109、111和113。门控光电检测器103，如图所示，包括标记为C的电容本体、传输门105以及连接节点107。感测节点SN存储器件可以是或者可以不是光敏单元100的一部分。在实施例光敏单元100中，门控光电检测器103的输出被耦合到连接节点107，被耦合到感测节点存储器件SN、复位MOSFET109的第一电流路径即，漏极节点RD、以及源极跟随器MOSFET111的控制即，栅极节点SFG。复位MOSFET109的第二电流路径即，源极节点RS和源极跟随器MOSFET111的源极节点SFS可以被耦合到处于接近零电压值的共享的参考地电源轨Vss。参考地电源轨Vss可以与图像传感器的一些或所有光电检测器共享。源极跟随器MOSFET111的漏极节点SFD可以被耦合到读取MOSFET113的源极节点READD。读取MOSFET113的漏极节点READD处的电压节点115可以被传感器电路未示出进行采样和处理。可以使用一个或多个控制器未示出来控制每个晶体管109、111、113的栅极节点。在一些实施例中，一个或多个控制器对于光敏单元100可以是唯一的，或者可以与图像传感器的若干光电检测器共享。作为示例，控制器可以被布置为控制同一行中的所有光敏单元的栅极或者图像传感器的同一列中的光敏单元。图2B是实施例光电检测器103和104的替代示意图102。在这个像素架构中，三个增强型p沟道MOSFET109、111和113在两个光电检测器103和104之间被共享。作为示例，光电检测器103可以被布置在与复位MOSFET109和源极跟随器MOSFET111邻近的单元中，并且光电检测器104可以被布置在与读取MOSFET113邻近的单元中。在这种布置中，一对邻近的光电检测器可以共享在共享连接节点107处的电路。相应光电检测器103和104的栅极TG1和TG2被单独地启用，使得电压节点115在被采样和处理时，彼此独立地读取在每个光电检测器103和104处的相应光。图3是具有门控光电检测器的实施例光敏单元100的简化示意性截面图，该门控光电检测器具有双竖直传输门。在图3中，相同的元件用与图2A中相同的附图标记表示。典型的图像传感器使用光敏单元阵列来捕获图像，尽管考虑了具有单个光敏单元100的实施例。如图所示，光敏单元100的本体可以包括轻掺杂的即，1x1014至1x1016cm-3p型硅层121。例如，可以使用硅硼掺杂外延工艺制造硅层121。虽然本文用硅描述，但是应该理解可以使用其它半导体例如，硅锗、锗。还应该理解可以反转n掺杂区域和p掺杂区域。深隔离沟槽122包括由绝缘体123包围的导体125，被形成于硅层121周围以使光敏单元100与相邻的单元绝缘。绝缘体123将导体125从轻掺杂的硅层121分离。沟槽可以是电容性深沟槽隔离CDTI类型，其可以被偏置以在图像传感器的光敏单元的耗尽区域中收集和存储光生电荷。在一些实施例中，深隔离沟槽122的导体125可以是重掺杂的n型区域。抗反射电介质层134被形成在光敏单元100的背侧129上。这个层可以是有利的带正电荷，以在背侧129的界面处创建电子累积表面层127。备选地，硅层127可以被形成在硅层121的背侧129上。硅层127使用例如离子注入工艺利用例如砷来形成N+掺杂区域。轻掺杂的p型硅层121和重n掺杂的硅层127形成光敏耗尽和电荷存储区域128。如上所述，在替代的实施例中，硅层127可以是重掺杂的p型硅，其形成具有轻掺杂的n型硅的光电二极管。透镜131和滤光器133可以选择地被形成在光敏单元100的背侧129上，以在光到达硅层121之前调节光101。透镜131可以被用于将入射光子聚集到光电检测器电荷载流子收集阱例如，电荷存储区域128中。滤光器133可以被形成用来滤除不需要的光例如，紫外光并且使所需要的颜色通过，所需要的颜色特定于图像传感器的光敏单元100。作为示例，滤光器133可以仅允许红色光通过硅层127，并且相应地相邻单元可以具有仅允许蓝色或绿色的光通过的滤光器。在光敏单元100的前侧135处，环形阱137可以被形成在光敏单元100的本体中。环形阱137包围硅层121由环形阱包围的硅层121，下文称为硅层121b的部分以及重掺杂的p型区域139和141。掺杂区域141被形成为使得它比区域139更重地掺杂。继而，区域139被形成为使得它比硅层121更重地掺杂。掺杂区域141最靠近光敏单元100的前侧135的表面并且被耦合到门控光电检测器103的连接节点107。区域139位于硅层121b和掺杂区域141之间。区域139和掺杂区域141的掺杂水平可以使用离子注入工艺形成。掺杂区域141在区域139和光敏单元100的前侧135上的金属触点未示出之间产生改善的欧姆接触。导电材料143主要在环形阱中形成在隔离层145内，以门控流过门控光电检测器103的电荷。如这个实施例示出，栅极部分143不包围掺杂区域141，或者至少不包围掺杂区域141的部分。在其他实施例中，栅极区域143可以延伸到前侧的表面135。施加在栅极部分143处的电压将创建具有双竖直传输门的光电检测器。在一些实施例中，可以在硅层121b和区域139之间形成由环形阱143包围的附加层。在这些实施例中，这些层具有相同的掺杂类型但是掺杂水平在从光敏单元100的背侧129到前侧135的方向上增加。在另一个实施例中，硅层的区域121、139和141具有沿深度变化的掺杂。在这样的实施例中，单层具有随着与背侧129的距离增加而增加的掺杂水平。由于不同的掺杂例如，注入步骤，增加可以是逐步的。在另一个实施例中，区域139可以是具有沿深度变化例如，线性地的掺杂水平的单层。在这些实施例中，最靠近掺杂区域141的掺杂水平大于更靠近硅层121的掺杂水平。平面p型MOSFET109、113和111可以在光敏单元100的前侧135上被形成环形阱137和深隔离沟槽122之间。可以在平面MOSFET109、113和111以及掺杂区域141之间形成浅沟槽隔离STI146，以用于将各种晶体管彼此分离和隔离。每个p型MOSFET109、113和111具有形成在n阱147中的重掺杂的n型衬底层、重掺杂的p型源极端子149和重掺杂的p型漏极端子151。此外，每个p型MOSFET109、113和111具有栅极端子153，该栅极端子位于源极端子149和漏极端子151之间。源极跟随器MOSFET111和复位MOSFET109被示出为平面增强型p型MOSFET。使用各种金属化层的若干接触端子可以被形成在光敏单元100的前侧135上。接触端子允许在光敏单元100的各种电路之间形成接触。在实施例中，光敏单元100的制造可以最初包括使用例如在硅起始材料上的离子注入工艺来制造硅层127。接下来，可以使用例如硅硼外延工艺来形成硅层121。然后可以在硅层121中形成浅沟槽隔离146，以产生平面MOS停止沟道。然后可以形成深隔离沟槽122以将光敏单元100与相邻的光敏单元隔离。环形阱137可以被形成在硅层121中。在一些实施例中，环形阱137可以包括绝缘体145和导体143。随后，可以使用例如离子注入工艺形成n阱147、区域139和掺杂区域141。然后触点和金属被形成以在不同的晶体管和电路之间建立连接。根据背侧照射技术，光敏电路晶片将被接合到硅晶片载体，然后背侧减薄以形成薄硅膜即，2至10微米。使用例如PECVD电介质层沉积工艺在背侧的表面上形成抗反射和钝化层134。可选地，滤光器133和透镜131可以被添加到光敏单元100。图3的B-B线被用来相对于图7A-C描述在光敏单元100的整合阶段和转移阶段期间的电荷分布。图4A-C统称为图4示出了具有门控光电检测器103的实施例光敏单元100的平面图和截面图，该门控光电检测器103具有双竖直传输门。在图4中，相同的元件用与图2-3中相同的附图标记表示。在图4中，尺寸用示例值标记。应该理解，本发明不限于这些实例。事实上，预期这些尺寸会随着时间的推移而变小。图4的实施例的布局可以允许管芯上较少的占用面积，并且因此可以在阵列中形成更多的光敏单元。图4A示出了具有门控光电检测器的实施例光敏单元100的平面图，该门控光电检测器具有双竖直传输门。在这个实施例中，源极跟随器MOSFET111和复位MOSFET109是形成在n阱147中的一对平面MOSFET。每个平面MOSFET109和111具有对应的源极、栅极和漏极端子。门控光电检测器103由环形阱137和包括掺杂区域141的光电检测器本体形成。浅沟槽区域146也被形成在n阱147中。深隔离沟槽122包围光敏单元100。图4B示出了沿着线C-C的如图4A所示的实施例光敏单元100的截面图。在门控光电检测器103中，将电压施加到环形阱137的导电材料143，以控制栅极部分143中的电荷载流子的转移。硅层121可以典型地具有小于10微米的厚度并且通常在3至5微米之间。硅层121的宽度可以在几百纳米与多达3微米之间。通常，通过最小化硅层121的宽度，制造商能够在相同尺寸的图像传感器中布置更多数目的光敏单元，或者备选地，在保持图像分辨率的同时减小图像传感器的尺寸。环形阱137被形成为沟槽宽度在0.1和0.2微米之间的沟槽。环形阱137的内部尺寸可以在0.1微米至0.4微米之间。环形阱137的深度可以从几十纳米至1.5微米。取决于光敏单元100的尺寸和环形阱137的尺寸，N阱147的宽度典型地为0.1至0.6微米。图4C示出了沿着线D-D的如图4A所示的实施例光敏单元100的截面图。在这个图示中，平面源极跟随器MOSFET111被示出为形成在n阱147中。N阱147沿着前侧135在包围光敏单元100的深隔离沟槽122之间延伸。在图4C示出的源极跟随器MOSFET中，源极端子149被耦合到参考地电源轨Vss。源极跟随器MOSFET111的栅极端子153被耦合到复位MOSFET109的漏极端子。源极跟随器MOSFET111的漏极端子151被耦合到读取MOSFET113的源极端子。栅极端子153的宽度典型地小于500纳米并且通常在250和150纳米之间。漏极端子151和源极端子149之间的间隔典型地在250和600纳米之间。包括平面复位MOSFET109的截面可以具有与图4C示出的尺寸和布置类似的尺寸和布置。相反，复位MOSFET109的栅极端子由控制器控制并且漏极端子被耦合到源极跟随器MOSFET111的栅极153。图5示出了如先前关于图3所描述的硅层121、区域139和掺杂区域141的掺杂分布160的一个示例。在本领域中公知的各种技术例如离子注入或扩散可以被用来在半导体层中引入掺杂剂原子。如前所述，硅层121轻掺杂有p型材料。相反，区域139和掺杂区域141重掺杂有p型材料。掺杂区域141的掺杂水平大于区域139，并且区域139的掺杂水平大于硅层121。如图所示，掺杂区域141和硅层121的掺杂分布是相当均匀的。区域139中的掺杂水平可以具有变化的分布，其在掺杂水平中下降直到它在两层的边界处达到接近硅层121的掺杂水平。在注入期间，掺杂水平可以被有利地控制，以相对于操作电压、转移速度和图像质量来优化电荷从电荷存储区域128到掺杂区域141的转移。图6示出了如先前在图2、3、4A-C中描述的实施例光敏单元100的时序图180。在图6中，相同的元件用与图2-3中相同的附图标记表示。在图6中，以二进制形式示出了读取MOSFET113、复位MOSFET109和传输门105的控制节点处的电压，以简化讨论。连接节点107处的电压以模拟形式表示，该电压具有与源极跟随器MOSFET111的控制节点、复位MOSFET109的漏极节点和掺杂区域141相同的电势。在实施例光敏单元100中，电荷载流子的收集和转移过程包括整合时段、电荷转移时段和读取时段。如图6所示，读取MOSFET113的控制节点在时间t0从高值转变为低值。在时间t1和时间t2之间的时间段期间，复位MOSFET109被置于复位模式并且连接节点107处的电压处于参考电压即，接地。应当注意，在整合时段期间，复位MOSFET109的控制节点可以处于高电压值，但是由于抗光晕结构，复位MOSFET109可以根据连接节点107处的过量电荷载流子而处于接通或关断状态。在时间t2处，光电检测器103的传输门105接通并且电荷载流子从电荷存储区域128转移到区域139和掺杂区域141。传输门105保持在接通状态直到时间t3，在此期间在区域139处的剩余电荷载流子被转移到掺杂区域141。在时间t4处，读出周期完成并且读取MOSFET113关断。在连接节点107处的电压从时间t2的VRST值逐渐变为时间t4的V2值。在时间t2处，当传输门105接通时，连接节点107处的电压逐渐增加到V1的中间电压值，因为空穴电荷载流子从光敏电荷存储区域128通过硅层121b和区域139逐渐地转移到连接节点107。在时间t3处，当传输门105关断时，连接节点107处的电压增加到V2值，因为在区域139中的剩余空穴载流子被转移到掺杂区域141和连接节点107。在复位MOSFET109被置于复位模式时间t1和时间t2之间的时间段之后立即进行第一读出采样。在时间t3之后并且在时间t4之前进行第二读出采样。第一和第二读出采样被用于相关双采样技术中，以减少噪声源即，热噪声。然而，在一些实施例中，第一读出采样可以不被收集。图7A-C示出了沿着实施例光敏单元100的垂线即，图3中的线B-B的静电电位的电荷图190、192和194。在图7A-C中，相同的元件用与图2-3中相同的附图标记表示。图7A示出了在光敏单元100的整合时段期间的电荷图190。在整合时段期间，与电荷存储区域128相互作用的光产生空穴载流子，然后空穴载流子存储在该区域中。如图7A中示出的，传输门105可以与耗尽型MOSFET类似地起作用。当双传输门的硅层121b处的电压大于电荷存储区域128的电压时，产生势垒。由于在硅层121b处形成的势垒具有比电荷存储区域128更大的电势，势垒阻止电荷载流子转移到掺杂区域141参见图3。图7B示出了在整合时段之后的光敏单元100的电荷转移时段期间的电荷图192。在电荷转移时段期间，传输门105的势垒可以被移除。当硅层121b和区域139的电压电位接近或者小于电荷存储区域128的电压电位时，在硅层121b和区域139处的势垒被移除并且电荷转移时段开始。可以通过将例如导电材料143的电位设置到参考地电源轨Vss即，0伏来控制传输门105处的电位。例如，可以通过耦合在导电材料143和电压端子之间的开关将电压信号施加到导电材料143图3。控制电路可以被耦合到开关的控制端子，以启用或禁用在区域121b内形成的势垒。在转移时段中，开关被启用并且电压信号移除在区域121b内形成的势垒，从而使得电荷载流子能够从电荷存储区域128转移到掺杂区域141。在第一步骤中，在图6中的时间t2和时间t3之间的时间段期间，存储在电荷存储区域128的电荷载流子被转移到区域139、掺杂区域141、感测节点存储器件SN以及在共享的连接节点107处耦合的任何其它可选的电容。在第二步骤中，在图6中的时间t3和时间t4之间的时间段期间，存储在区域139中的剩余电荷载流子被转移到掺杂区域141、感测节点存储器件SN以及在共享的连接节点107处耦合的任何其它可选的电容。图7C示出了电荷图194，在此期间电荷载流子已经被转移到连接节点107。在转移电荷时，传输门105关断，并且收集第二读出采样。耦合到连接节点107的源极跟随器MOSFET111用作读出晶体管，并且将电荷转换成通过读取MOSFET113输出到图像传感器的列或行总线的电压。读取MOSFET113用作图像传感器的行级选择输出的开关。对图像传感器的所有光敏单元100重复该循环并且从这些像素产生图像。有利地，如图3所示，竖直传输门由包围硅区域121b和区域139的门控部分143形成。传输门105的第一区域包括硅层121b并且传输门105的第二区域包括区域139。具有不同掺杂水平的两个区域的形成有利地优化了光敏单元100的操作电压功耗，同时保持或改善了图像传感器中的图像质量。图8A示出了包括光敏单元100的实施例图像传感器200的平面图。光敏单元100可以有利地被布置以使得相邻单元共享相似的元件。作为示例，深隔离沟槽122可以是所有传感器或者图像传感器200的行或列中的传感器所共用的。尽管图8A中仅示出了2个光敏单元100和每对光敏单元100，但是对于本领域那些技术人员很清楚的是可以将另外的光敏单元布置成矩阵设计。图8B示出了包括光电检测器103和104的实施例传感器210的图8A的替代平面图。图8B中的平面图对应于图2B的示意图。在这个布置中，复位MOSFET109、源极跟随器MOSFET111和读取MOSFET113在光电检测器103和104之间共享。对于本领域那些技术人员还应该清楚的是以上关于本公开的实施例和现有技术的描述的各种特征也可以应用于检测、累积和转移电子的实施例。这可以通过反转实施例中的各种元件的导电类型并调整适当的电压来完成。作为示例，关于图3，层127可以是p型区域并且层121、139和141可以是n型区域。这里总结了本发明的示例实施例。从本说明书和本文提交的权利要求的全部内容也可以理解其他实施例。示例1。图像传感器包括：半导体区域；第一掺杂区域，设置在半导体区域之上；环形阱，设置在第一掺杂区域之上并且包围第一掺杂区域的部分；第二掺杂区域，被形成在环形阱内并且设置在第一掺杂区域之上；以及第三掺杂区域，设置在第二掺杂区域之上。环形阱由被绝缘体包围的导体界定，并且导体连接到电压端子。第二掺杂区域比第一掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与第一掺杂区域相同。第三掺杂区域比第二掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与第一掺杂区域相同。环形阱内的第一掺杂区域和第二掺杂区域形成势垒，该势垒用于控制电荷载流子从第一掺杂区域到第三掺杂区域的转移。示例2。根据示例1的图像传感器，其中第一掺杂区域、第二掺杂区域和第三掺杂区域具有第一掺杂类型，并且半导体区域是与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型的重掺杂半导体区域。示例3。根据前述示例之一的图像传感器，其中图像传感器进一步包括：深隔离沟槽，横向地包围半导体区域的所有侧面；以及金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，被形成在环形阱和深隔离沟槽之间，并且设置在半导体区域之上。示例4。根据前述示例之一的图像传感器，其中图像传感器进一步包括：透镜，与半导体区域的与第一掺杂区域相对的一侧相邻；以及滤光器，位于透镜和半导体区域之间。示例5。根据示例4的图像传感器，其中滤光器包括透明电介质层。示例6。根据前述示例之一的图像传感器，其中第一掺杂区域包括光敏区域并且其中光敏区域被配置为响应于暴露于光而产生电荷载流子并且存储电荷载流子。示例7。根据示例6的图像传感器，其中图像传感器进一步包括控制电路，被配置为通过电压端子向导体供应电压，并且其中电荷载流子根据电压被阻止或允许从光敏区域流到第三掺杂区域。示例8。根据前述示例之一的图像传感器，其中图像传感器进一步包括复位晶体管、源极跟随器晶体管和读取晶体管。复位晶体管的第一电流路径节点连接到第三掺杂区域并且复位晶体管的第二电流路径节点连接到第二电压端子。源极跟随器晶体管的控制节点连接到复位晶体管的第一电流路径节点并且源极跟随器晶体管的第一电流路径节点连接到第二电压端子。读取晶体管的第一电流路径节点连接到源极跟随器晶体管的第二电流路径节点。示例9。根据示例8的图像传感器，其中图像传感器进一步包括控制电路，连接到复位晶体管的控制节点以及读取晶体管的控制节点。示例10。根据另一个实施例，图像传感器具有光敏单元阵列。每个光敏单元包括：半导体本体；设置在半导体本体中的阱；设置在阱中的第一导电类型和第一掺杂水平的第一半导体区域；在第一半导体区域下方设置在阱中的第一导电类型和第二掺杂水平的第二半导体区域；在第一半导体区域上方设置在阱中的第一导电类型和第三掺杂水平的第三半导体区域；连接在隔离结构的导电材料和电压端子之间的开关；以及连接到开关的控制端子的控制电路。阱由隔离结构界定，隔离结构包括非导电部分和导电部分，导电部分包括由绝缘材料包围的导电材料。非导电部分设置在导电部分和半导体本体的上表面之间。第一半导体区域被隔离结构的导电部分包围。第二半导体区域的上部部分被隔离结构的导电部分包围，其中第二掺杂水平小于第一掺杂水平。第三半导体区域被隔离结构的非导电部分包围，其中第三掺杂水平大于第一掺杂水平。示例11。根据示例10的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括在阱的外部形成在半导体本体的上表面处的晶体管。示例12。根据示例10-11之一的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：包围半导体本体的深隔离沟槽；第二导电类型的第四半导体区域，在第二半导体区域下方设置在半导体本体中；第二导电类型的第五半导体区域，在深隔离沟槽和隔离结构之间设置在半导体本体的上表面处；以及晶体管，被形成在第五半导体区域中。示例13。根据示例12的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：透镜，与第四半导体区域的与第二半导体区域相对的一侧相邻；以及滤光器，位于透镜和第四半导体区域之间，该滤光器是透明电介质层。示例14。根据示例12或13的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括复位晶体管和源极跟随器晶体管。复位晶体管被形成在第五半导体区域中，其中复位晶体管的第一电流路径节点连接到第三半导体区域，并且其中复位晶体管的第二电流路径节点连接到第二电压端子。源极跟随器晶体管被形成在第五半导体区域中，其中源极跟随器晶体管的控制节点连接到复位晶体管的第一电流路径节点，并且其中源极跟随器晶体管的第一电流路径节点连接到第二电压端子。示例15。根据示例14的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：读取晶体管，在阱的外部形成在半导体本体的上表面处，其中读取晶体管的第一电流路径节点连接到源极跟随器晶体管的第二电流路径节点。示例16。根据示例15的图像传感器，其中控制电路连接到复位晶体管的控制节点并且连接到读取晶体管的控制节点。示例17。根据示例10-16之一的图像传感器，其中第三半导体区域包括光敏区域，并且其中光敏区域被配置为响应于暴露于光而产生电荷载流子并且存储电荷载流子。示例18。根据示例17的图像传感器，其中控制电路被配置为阻止或备选地允许电荷载流子从光敏区域流到第一半导体区域。示例19。根据另一个实施例，一种操作图像传感器的方法包括提供光电检测器，光电检测器包括：半导体本体；设置在半导体本体中的阱；设置在阱中的第一导电类型和第一掺杂水平的第一半导体区域；在第一半导体区域下方设置在阱中的第一导电类型和第二掺杂水平的第二半导体区域；在第一半导体区域上方设置在阱中的第一导电类型和第三掺杂水平的第三半导体区域。阱由隔离结构界定，隔离结构包括非导电部分和导电部分，导电部分包括由绝缘材料包围的导电材料。非导电部分设置在导电部分和半导体本体的上表面之间。第一半导体区域被隔离结构的导电部分包围。第二半导体区域的上部部分被隔离结构的导电部分包围，其中第二掺杂水平小于第一掺杂水平。第三半导体区域被隔离结构的非导电部分包围，其中第三掺杂水平大于第一掺杂水平。该方法进一步包括在第二半导体区域处施加偏置以将光电检测器设置在反向偏置之下，将光电检测器暴露于光子，从而在光电检测器中产生电子-空穴对，在导电部分处施加电压使得电子-空穴对的电子或空穴被从第二半导体区域转移到第三半导体区域，并且将在第三半导体区域处收集的电子或空穴的电荷转换为读取电压。示例20。根据示例19的方法，其中光电检测器进一步包括在第二半导体区域下方设置在半导体本体中的第二导电类型的第四半导体区域，并且其中在第三半导体区域的光敏区域中生成电子-空穴对。示例21。根据示例19-20之一的方法，其中在第二半导体区域处施加偏置包括：在第二半导体区域处施加第一电压以及在第三半导体区域处施加第二电压。示例22。根据示例19-21之一的方法，其中光电检测器进一步包括复位晶体管，源极跟随器晶体管以及读取晶体管。复位晶体管的第一电流路径节点连接到第三半导体区域并且复位晶体管的第二电流路径节点连接到第二电压端子。源极跟随器晶体管的控制节点连接到复位晶体管的第一电流路径节点并且源极跟随器晶体管的第一电流路径节点连接到第二电压端子。读取晶体管的第一电流路径节点连接到源极跟随器晶体管的第二电流路径节点。该方法进一步包括施加第一电压到复位晶体管的控制端子以及施加第二电压到读取晶体管的控制端子，以将在第三半导体区域处收集的电子或空穴的电荷转移到在读取晶体管的第二电流路径节点处的读取电压。虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在以限制意义来解释。参考说明书，本领域技术人员将清楚说明性实施例的各种修改和结合以及本发明的其它实施例。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。

权利要求：1.一种图像传感器，包括：半导体区域；第一掺杂区域，设置在所述半导体区域之上；环形阱，设置在所述第一掺杂区域之上并且包围所述第一掺杂区域的部分，所述环形阱由被绝缘体包围的导体界定，所述导体耦合到电压端子；第二掺杂区域，被形成在所述环形阱内并且设置在所述第一掺杂区域之上，所述第二掺杂区域比所述第一掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与所述第一掺杂区域相同；以及第三掺杂区域，设置在所述第二掺杂区域之上，所述第三掺杂区域比所述第二掺杂区域更重地被掺杂并且掺杂类型与所述第一掺杂区域相同，所述环形阱内的所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域形成势垒，所述势垒用于控制电荷载流子从所述第一掺杂区域到所述第三掺杂区域的转移。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一掺杂区域、所述第二掺杂区域以及所述第三掺杂区域具有第一掺杂类型，并且其中所述半导体区域是与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型的重掺杂半导体区域。3.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：深隔离沟槽，横向地包围所述半导体区域的所有侧面；以及金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，被形成在所述环形阱和所述深隔离沟槽之间，并且设置在所述半导体区域之上。4.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：透镜，与所述半导体区域的与所述第一掺杂区域相对的一侧相邻；以及滤光器，位于所述透镜和所述半导体区域之间。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述滤光器包括透明电介质层。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一掺杂区域包括光敏区域，并且其中所述光敏区域被配置为响应于暴露于光而产生电荷载流子并且存储所述电荷载流子。7.根据权利要求6所述的图像传感器，进一步包括：控制电路，被配置为通过所述电压端子向所述导体供应电压，其中所述电荷载流子根据所述电压被阻止或允许从所述光敏区域流到所述第三掺杂区域。8.根据权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：复位晶体管，其中所述复位晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述第三掺杂区域，并且其中所述复位晶体管的第二电流路径节点被耦合到第二电压端子；源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管的控制节点被耦合到所述复位晶体管的所述第一电流路径节点，并且其中所述源极跟随器晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述第二电压端子；以及读取晶体管，其中所述读取晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述源极跟随器晶体管的第二电流路径节点。9.根据权利要求8所述的图像传感器，进一步包括：控制电路，被耦合到所述复位晶体管的控制节点并且被耦合到所述读取晶体管的控制节点。10.一种具有光敏单元阵列的图像传感器，每个光敏单元包括：半导体本体；阱，设置在所述半导体本体中，所述阱由隔离结构界定，所述隔离结构包括非导电部分和导电部分，所述导电部分包括由绝缘材料包围的导电材料，所述非导电部分设置在所述导电部分和所述半导体本体的上表面之间；第一导电类型和第一掺杂水平的第一半导体区域，设置在所述阱中，所述第一半导体区域被所述隔离结构的所述导电部分包围；所述第一导电类型和第二掺杂水平的第二半导体区域，在所述第一半导体区域下方设置在所述阱中，所述第二半导体区域的上部部分被所述隔离结构的所述导电部分包围，其中所述第二掺杂水平小于所述第一掺杂水平；所述第一导电类型和第三掺杂水平的第三半导体区域，在所述第一半导体区域上方设置在所述阱中，所述第三半导体区域被所述隔离结构的所述非导电部分包围，其中所述第三掺杂水平大于所述第一掺杂水平；开关，被耦合在所述隔离结构的所述导电材料和电压端子之间；以及控制电路，被耦合到所述开关的控制端子。11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括晶体管，所述晶体管在所述阱的外部形成在所述半导体本体的所述上表面处。12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：包围所述半导体本体的深隔离沟槽；第二导电类型的第四半导体区域，在所述第二半导体区域下方设置在所述半导体本体中；所述第二导电类型的第五半导体区域，在所述深隔离沟槽和所述隔离结构之间设置在所述半导体本体的所述上表面处；以及晶体管，被形成在所述第五半导体区域中。13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：透镜，与所述第四半导体区域的与所述第二半导体区域相对的一侧相邻；以及滤光器，位于所述透镜和所述第四半导体区域之间，所述滤光器是透明电介质层。14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：复位晶体管，被形成在所述第五半导体区域中，其中所述复位晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述第三半导体区域，并且其中所述复位晶体管的第二电流路径节点被耦合到第二电压端子；以及源极跟随器晶体管，被形成在所述第五半导体区域中，其中所述源极跟随器晶体管的控制节点被耦合到所述复位晶体管的所述第一电流路径节点，并且其中所述源极跟随器晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述第二电压端子。15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中每个光敏单元进一步包括：读取晶体管，在所述阱的外部形成在所述半导体本体的所述上表面处，其中所述读取晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述源极跟随器晶体管的第二电流路径节点。16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中所述控制电路被耦合到所述复位晶体管的控制节点并且被耦合到所述读取晶体管的控制节点。17.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述第三半导体区域包括光敏区域，并且其中所述光敏区域被配置为响应于暴露于光而产生电荷载流子并且存储所述电荷载流子。18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中所述控制电路被配置为阻止或备选地允许所述电荷载流子从所述光敏区域流到所述第一半导体区域。19.一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括光电检测器，其中所述光电检测器包括：半导体本体；阱，设置在所述半导体本体中，所述阱由隔离结构界定，所述隔离结构包括非导电部分和导电部分，所述导电部分包括由绝缘材料包围的导电材料，所述非导电部分设置在所述导电部分和所述半导体本体的上表面之间；第一导电类型和第一掺杂水平的第一半导体区域，设置在所述阱中，所述第一半导体区域被所述隔离结构的所述导电部分包围；所述第一导电类型和第二掺杂水平的第二半导体区域，在所述第一半导体区域下方设置在所述阱中，所述第二半导体区域的上部部分被所述隔离结构的所述导电部分包围，其中所述第二掺杂水平小于所述第一掺杂水平；以及所述第一导电类型和第三掺杂水平的第三半导体区域，在所述第一半导体区域上方设置在所述阱中，所述第三半导体区域被所述隔离结构的所述非导电部分包围，其中所述第三掺杂水平大于所述第一掺杂水平；并且其中所述方法包括：在所述第二半导体区域处施加偏置，以将所述光电检测器设置在反向偏置之下；使所述光电检测器暴露于光子，使得在所述光电检测器中产生电子-空穴对；在所述导电部分处施加电压，使得所述电子-空穴对的所述电子或空穴从所述第二半导体区域转移到所述第三半导体区域；以及将在所述第三半导体区域处收集的所述电子或所述空穴的电荷转换为读取电压。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述光电检测器进一步包括第二导电类型的第四半导体区域，所述第四半导体区域在所述第二半导体区域下方设置在所述半导体本体中，并且其中在所述第三半导体区域的光敏区域中生成所述电子-空穴对。21.根据权利要求20所述的方法，其中在所述第二半导体区域处施加所述偏置包括：在所述第二半导体区域处施加第一电压以及在所述第三半导体区域处施加第二电压。22.根据权利要求19所述的方法，其中所述光电检测器进一步包括：复位晶体管，其中所述复位晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述第三半导体区域，并且其中所述复位晶体管的第二电流路径节点被耦合到第二电压端子；以及源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管的控制节点被耦合到所述复位晶体管的所述第一电流路径节点，并且其中所述源极跟随器晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述第二电压端子；以及读取晶体管，其中所述读取晶体管的第一电流路径节点被耦合到所述源极跟随器晶体管的第二电流路径节点，其中所述方法进一步包括：施加第一电压到所述复位晶体管的控制端子以及施加第二电压到所述读取晶体管的控制端子，以将在所述第三半导体区域处收集的所述电子或所述空穴的所述电荷转移到在所述读取晶体管的第二电流路径节点处的所述读取电压。

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