專利名稱：電荷耦合器件圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器，更具體地講，涉及一種其中將從多個電荷轉移器件接收到的信號電荷輸入到與電荷轉移器件相連的電荷檢測電容器中的CCD圖像傳感器。
背景技術：
近來，要求包括多個電荷轉移器件在內的CCD圖像傳感器包括以較小的尺寸制造的光電二極管，并具有更高的分辨率。為了以較小的尺寸制造光電二極管，需要以較小的尺寸制造電荷轉移器件。但是，需要花費更多的時間和成本來制造，因此，難以響應以較小的尺寸制造光電二極管的要求，實現以較小的尺寸制造電荷轉移器件。因此，傳統(tǒng)上將光電二極管制造得較小，并增加了光電二極管的數目，而無需以較小的尺寸制造電荷轉移器件，如下所示。
圖1是傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的視圖。
所示CCD圖像傳感器200A是單CCD類型的。具體地講，CCD圖像傳感器200A包括由排成一排的多個光電二極管組成的光電二極管行202和與光電二極管行202呈相對關系、并排成一排的電荷轉移器件201。光電二極管行202中的每個光電二極管通過讀取柵210向電荷轉移器件201輸出信號電荷。
例如，光電二極管行202中的光電二極管以8微米的間隔排列，并依照光電二極管行202的間隔制造電荷轉移器件201。將信號施加在每個電荷轉移器件201的電荷轉移電極(未示出)上，結果，通過電荷轉移器件201，將從光電二極管射出的電荷轉移給輸出柵203。電荷通過輸出柵203、電荷檢測電容器206和源輸出電路207，然后，從CCD圖像傳感器200A輸出，作為輸出信號。
圖2是在日本專利申請公開No.11-164087和1-248665中提出的雙CCD類型的另一傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的視圖。
所示CCD圖像傳感器200B包括位于光電二極管行202外部的電荷轉移器件201a和201b。光電二極管行202包括向電荷轉移器件201a射出電荷的第一組光電二極管和向電荷轉移器件201b射出電荷的第二組光電二極管。以例如4微米的間隔等特定的間隔交替地排列第一組中的光電二極管和第二組中的光電二極管。電荷轉移器件201a和201b可以按照與排列圖1所示的電荷轉移器件201的間隔相等的間隔排列。
光電二極管行202通過讀取柵210向電荷轉移器件201a和201b射出電荷。通過電荷轉移器件201a和201b轉移所射出的電荷，并交替地輸入到公共的輸出柵203中。
可以針對每個電荷轉移器件201a和201b排列輸出柵203、電荷檢測電容器206和源輸出電路207，以便獨立地輸出通過電荷轉移器件201a和201b轉移的電荷。但是，CCD圖像傳感器需要包括允許通過電荷轉移器件201a和201b轉移的電荷輸出的開關。
設計CCD圖像傳感器200B以具有用作電荷轉移器件201a和201b的公共輸出柵的輸出柵203，從而省略上述開關。
通過包括依照與依照其制造單CCD型CCD圖像傳感器200A的過程相同的過程制造、并具有與電荷轉移器件201的長度相等的長度的電荷傳感器器件，雙CCD型CCD圖像傳感器200B可以具有在數量上兩倍于單CCD型CCD圖像傳感器200A的光電二極管。即，雙CCD型CCD圖像傳感器可以具有相對于單CCD型CCD圖像傳感器雙倍數目的光電二極管，而不需要制造較小尺寸的電荷轉移器件。與制造較小尺寸的電荷轉移器件相比，制造較小尺寸的光電二極管并不是很困難。
圖3是在日本專利申請公開No.2001-203342中提出的包括以交錯排列來排列兩個光電二極管的另一傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的視圖。
所示CCD圖像傳感器200C包括與第一和第二光電二極管行202a和202b呈相對關系的第一和第二電荷轉移器件201a和201b。第一光電二極管行202a中的光電二極管與第二光電二極管行202b中的光電二極管以一半間隔相互交錯地排列。
設計CCD圖像傳感器200C，以具有兩個單CCD型CCD圖像傳感器200A(參見圖1)，排列所述兩個單CCD型CCD圖像傳感器，使得在兩個光電二極管行中的光電二極管按照一半間隔相互交錯排列，還具有通過其輸出信號的公共輸出柵203。與雙CCD型CCD圖像傳感器200B相類似，這種結構允許CCD圖像傳感器200C具有在數量上兩倍于單CCD型CCD圖像傳感器的光電二極管，而不需要制造較小尺寸的電荷轉移器件。
在雙CCD型CCD圖像傳感器200B和包括以相互交錯的排列設置的光電二極管的CCD圖像傳感器200C中，在從光電二極管中以公共數目并以公共時間周期射出電荷的條件下，能夠設置施加于電荷轉移器件中的電荷轉移電極上的信號的頻率，等于單CCD型CCD圖像傳感器200A中相同信號的頻率的一半。這樣確保防止了電磁干擾(EMI)。
此外，CCD圖像傳感器200C相對于雙CCD型CCD圖像傳感器200B具有以下優(yōu)點可以制造較大尺寸的光電二極管，確保了較高的信噪(S/N)比和較寬的動態(tài)范圍。
圖4是包括了以交錯排列設置的四個二極管的另一傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的視圖，以及圖5是包括了以交錯排列設置的四個二極管的另一傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的視圖。
圖4所示的CCD圖像傳感器200D和圖5所示的CCD圖像傳感器200E中的每一個包括四個光電二極管行202a到202d，其中相對于另一個以四分之一間隔交錯排列光電二極管行202a到202d中的光電二極管，并表現出在數目上兩倍于圖2和圖3所示的CCD圖像傳感器的光電二極管。
圖4所示的CCD圖像傳感器200D包括兩行電荷轉移器件201a和201b。第一和第二光電二極管行202a和202b與電荷轉移器件201a公共相連，而第三和第四光電二極管行202c和202d與電荷轉移器件201b公共相連。
例如，當都與電荷轉移器件201a相連的光電二極管行202a和202b之一將電荷射入到電荷轉移器件201a中時，換句話說，當光電二極管行202a和202b之一使用電荷轉移器件201a時，通過電荷排放器(charge-drainer)223a和223b耗盡從光電二極管行202a和202b中的另一個射出的電荷。以相同的方式應用于第三和第四光電二極管行202c和202d。這樣，如果第一和第四光電二極管行202a和202d使用電荷轉移器件201a和201b，則通過電荷排放器223b耗盡從第二和第三光電二極管行202b和202c射出的電荷。
在CCD圖像傳感器200D中，獨立地輸出兩次從光電二極管行202a到202d射出的電荷。
在圖5所示的CCD圖像傳感器200E中，通過開關214切換從兩個CCD類型的CCD圖像傳感器發(fā)出的輸出信號。在CCD圖像傳感器200E中，將從第一和第二光電二極管行202a和202b之一射出的電荷與從第三和第四光電二極管行202c和202d之一射出的電荷同時輸入到相關電荷檢測電容器206a和206b中。因此，CCD圖像傳感器200E需要包括如開關214等開關。但是，由于不需要獨立地輸出兩次從光電二極管行202a到202d射出的電荷，與圖4所示的CCD圖像傳感器200D相比，將可以縮短輸出信號所需的時間周期。
如上所述，包括以交錯排列設置的四個光電二極管的CCD圖像傳感器對于增加光電二極管的數目是有優(yōu)勢的，但其問題在于，必須從光電二極管兩次和一半一半地輸出電荷，而且必須通過開關214對信號進行切換。這是因為不能將通過四行電荷轉移器件轉移的電荷輸入到公共電荷檢測電容器中。
日本專利申請公開No.10-233883提出了一種CCD圖像傳感器，被設計成通過公共電荷檢測電容器輸出已通過三個和更多個電荷轉移器件中的每一個轉移的電荷。在所提出的CCD圖像傳感器中，通過公共電荷檢測電容器輸出從與紅(R)、綠(G)和藍(B)相關聯(lián)的光電二極管行射出的電荷。在公共放大器中，對每種顏色的信號進行放大，從而減小彩色圖像中的線性誤差。
圖6是上述公開中所提出的彩色CCD圖像傳感器的方框圖。
所示彩色CCD圖像傳感器300包括針對RGB顏色的光電二極管312R、312G和312B，針對RGB顏色的CCD移位寄存器310R、310G和310B以及針對RGB顏色的輸出柵313R、313G和313B。
從光電二極管312R、312G和312B射出的電荷通過CCD移位寄存器310R、310G和310B轉移到輸出柵313R、313G和313B。
向移位寄存器310R、310G和310B公共地施加兩個相位驅動信號1和2，并分別將柵控制信號Rog、Gog和Bog施加在輸出柵313R、313G和313B上。將通過輸出柵313R、313G和313B中的任何一個轉移的電荷輸入到作為對紅、綠和藍公共的電荷檢測電容器的浮置源(floatingsource)314中。輸入到浮置源314中的電荷通過源輸出電路(sourcefollower circuit)318向放大器(未示出)輸出。這樣，可以通過公共放大器放大針對每種顏色的信號，而不需要使用開關，確保了彩色圖像中線性誤差的減少。
但是，上述公開中所提供的CCD圖像傳感器的問題在于不能以較高的密度排列光電二極管，因為光電二極管的排列與圖1所示的單CCD型CCD圖像傳感器中的光電二極管排列相同。此外，不可避免的是，從每個移位寄存器310R、310G和310B到浮置源314的溝道長度較為冗長。因此，當將已通過移位寄存器310R、310G和310B轉移的電荷輸入到浮置源314中時，電荷難以轉移位于緊靠在輸出柵313R、313G和313B下面的區(qū)域。
通常，通過電荷檢測電容器輸出通過多個電荷轉移器件轉移過來的電荷，形成P+擴散層，延伸到緊靠在輸出柵下面的區(qū)域，以便防止通過多個電荷轉移器件轉移過來的電荷相互混合。即，即使在緊靠在輸出柵下面的區(qū)域，電荷轉移器件仍相互分隔。但是，這樣所帶來的問題是，由于電荷相互連接的區(qū)域在更靠近電荷檢測電容器的位置在寬度上變得更窄，由于P+擴散層，使通過其轉移電荷的通路變窄，因此，P+擴散層靠近相鄰的P+擴散層，導致了窄溝道效應。如果引起了窄溝道效應，則降低了電位，因此，降低了電荷的遷移速度。
日本專利申請公開No.11-205532提出了一種包括第一、第二和第三光電二極管行的固態(tài)圖像傳感器。移位電極和CCD寄存器位于第一和第二光電二極管行之間，以及第二和第三光電二極管行之間。在第一和第三光電二極管行的外側設置有移位電極和CCD寄存器。
日本專利申請公開No.64-14966提出了一種包括電荷轉移電極和輸出柵電極的電荷轉移器件，其中在具有第一電導率的半導體襯底中形成電荷轉移電極和輸出柵電極。在半導體襯底中緊靠在輸出柵電極下面形成具有第二電導率的電荷檢測區(qū)域。位于緊靠在電荷轉移電極下面的電荷轉移溝道朝向電荷檢測區(qū)域變窄。在電荷轉移電極下面形成階躍電位。
日本專利申請公開No.4-14842提出了一種電荷轉移器件中的電荷檢測電路，包括兩行電荷轉移寄存器、交替地讀取出來自電荷轉移寄存器的末級的信號電荷的浮置擴散型電荷讀出器、以及位于電荷轉移寄存器的末級與浮置擴散型電荷讀出器之間的輸出柵。將從電荷轉移寄存器的末級讀取出的電荷通過在輸出柵下面形成的單一轉移溝道輸入到浮置擴散型電荷讀出器中。

發(fā)明內容
考慮到傳統(tǒng)CCD圖像傳感器中的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種CCD圖像傳感器，能夠以較高的密度排列光電二極管，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件，并能夠改進由于緊靠在輸出柵下面的冗長的溝道長度而引起的電荷轉移中的失真。
本發(fā)明的另一目的是提供一種CCD圖像傳感器，能夠防止由于分隔緊靠在輸出柵下面的電荷轉移器件而引起的窄溝道效應，并能夠防止電荷遷移速度的下降。
在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種CCD圖像傳感器，包括(a)至少四個電荷轉移器件，每一個均沿列方向轉移信號電荷；(b)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時通過所述電荷轉移器件與其相連的輸出柵，從所述電荷轉移器件中接收信號電荷；以及(c)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
在所述CCD圖像傳感器中，通過四個或更多個電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時通過對電荷轉移器件公共的輸出柵，并輸入到對電荷轉移器件公共的電荷檢測電容器中。由包括如源輸出電路等的電荷檢測器對輸入到電荷檢測電容器中的電荷量進行檢測，然后，作為輸出信號從CCD圖像傳感器輸出。通過設置與四個或更多電荷轉移器件相關聯(lián)的小型光電二極管，可以制造較小尺寸的光電二極管，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
例如，在具有四個或更多電荷轉移器件的傳統(tǒng)CCD圖像傳感器中，將通過兩行電荷轉移器件轉移過來的電荷獨立地輸入到兩個或更多電荷檢測電容器中，然后，通過切換通過兩行電荷轉移器件轉移過來的電荷，作為圖像輸出信號輸出。但是，即使每個電荷檢測電容器在其中接收到相同的電荷量，由于電荷檢測電容器的靈敏度和復位噪聲的變化，圖像輸出信號的電壓仍然可能彼此不同。這種變化對圖像的再現性產生不利的影響。本發(fā)明使其不再需要具有用于切換電荷的開關，并允許通過電荷轉移器件轉移過來的電荷輸入公共電荷檢測電容器，確保了圖像的再現性。
所述CCD圖像傳感器還可以包括延伸在相互相鄰放置的電荷轉移器件之間的二極管行，所述二極管行包括第一組光電二極管，向所述電荷轉移器件之一提供信號電荷；第二組光電二極管，向所述電荷轉移器件中的另一個提供信號電荷，交替地排列屬于所述第一組的光電二極管和屬于所述第二組的光電二極管。
對于一對電荷轉移器件和二極管行，以與其中沿光電二極管的相反側轉移信號電荷的雙CCD型CCD圖像傳感器相同的方式進行排列。通過這樣排列光電二極管，將能夠制造較小尺寸的光電二極管，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
優(yōu)選的是，以互不相同的間隔排列延伸在一對電荷轉移器件之間的第一二極管行和延伸在另一對電荷轉移器件之間的第二二極管行。
由于所述CCD圖像傳感器可以包括四個或更多電荷轉移器件，所述CCD圖像傳感器可以包括兩個或多個雙CCD型CCD圖像傳感器，在這種情況下，可以沿排列光電二極管的方向相互交錯地排列二極管行中的光電二極管，確保了較高密度的光電二極管排列。
所述CCD圖像傳感器還可以包括延伸在相互相鄰放置的電荷轉移器件之間的第一二極管行和第二二極管行，其中所述第一二極管行向所述電荷轉移器件之一提供信號電荷，而所述第二二極管行向所述電荷轉移器件中的另一個提供信號電荷，而且以一半間隔交錯排列所述第一二極管行中的光電二極管和所述第二二極管行中的光電二極管。
對于一對電荷轉移器件和兩個二極管行，以與兩個光電二極管的交錯排列的光電二極管排列相同的方式進行排列。通過這樣排列光電二極管，將能夠制造較小尺寸的光電二極管，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
優(yōu)選的是，以互不相同的間隔排列延伸在一對電荷轉移器件之間的兩個二極管行和延伸在另一對電荷轉移器件之間的兩個二極管行。
由于所述CCD圖像傳感器可以包括四個或更多電荷轉移器件，所述CCD圖像傳感器可以包括兩個或多個兩個光電二極管的交錯排列的光電二極管排列，在這種情況下，可以沿排列光電二極管的方向相互交錯地排列二極管行中的光電二極管，確保了較高密度的光電二極管排列。
還提供了一種CCD圖像傳感器，包括(a)第一、第二和第三電荷轉移器件，每一個均沿列方向轉移信號電荷；(b)第一二極管行，延伸在所述第一和第二電荷轉移器件之間，所述第一二極管行包括向所述第一電荷轉移器件提供信號電荷的第一組光電二極管和向所述第二電荷轉移器件提供信號電荷的第二組光電二極管，其中交替排列屬于所述第一組的光電二極管和屬于所述第二組的光電二極管；(c)第二二極管行，延伸在所述第二和第三電荷轉移器件之間，所述第二二極管行包括向所述第二電荷轉移器件提供信號電荷的第三組光電二極管和向所述第三電荷轉移器件提供信號電荷的第四組光電二極管，其中交替排列屬于所述第三組的光電二極管和屬于所述第四組的光電二極管；(d)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時通過所述第一到第三電荷轉移器件與其相連的輸出柵，從所述第一到第三電荷轉移器件中接收信號電荷；以及(e)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
在上述CCD圖像傳感器中，第一二極管行延伸在第一和第二電荷轉移器件之間，而第二二極管行延伸在第二和第三電荷轉移器件之間。第一二極管行包括向第一電荷轉移器件提供信號電荷的第一組光電二極管和向第二電荷轉移器件提供信號電荷的第二組光電二極管。交替排列第一組中的光電二極管和第二組中的光電二極管。第二二極管行包括向第二電荷轉移器件提供信號電荷的第三組光電二極管和向第三電荷轉移器件提供信號電荷的第四組光電二極管。交替排列第三組中的光電二極管和第四組中的光電二極管。通過第一到第三電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時進入輸出柵，并被輸入到電荷檢測電容器中。由包括例如源輸出電路等的電荷檢測器對輸入到電荷檢測電容器中的電荷量進行檢測，然后，作為輸出信號從CCD圖像傳感器輸出。第一和第二二極管行可以包括具有較小尺寸的光電二極管，因此，將能夠縮減光電二極管的尺寸，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
還提供了一種CCD圖像傳感器，包括(a)第一二極管行，包括排成一排的光電二極管；(b)第二二極管行，與所述第一二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列所述第二二極管行中的光電二極管；(c)第一電荷轉移器件，轉移從所述第一二極管行中的第K個光電二極管接收到的信號電荷，其中K是奇數；(d)第二電荷轉移器件，轉移從所述第一二極管行中的第L個光電二極管接收到的信號電荷，其中L是偶數；(e)第三電荷轉移器件，轉移從所述第二二極管行中的第K個光電二極管接收到的信號電荷；(f)第四電荷轉移器件，轉移從所述第二二極管行中的第L個光電二極管接收到的信號電荷；(g)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時從所述第一到第四電荷轉移器件接收信號電荷；以及(h)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
在上述CCD圖像傳感器中，第一二極管行延伸在第一和第二電荷轉移器件之間，而第二二極管行延伸在第三和第四電荷轉移器件之間。沿排列光電二極管的方向、以相對于第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列第二二極管行中的光電二極管。在第二二極管行中的光電二極管中，從輸出柵開始數的第K個光電二極管向第三電荷轉移器件提供電荷，而從輸出柵開始數的第L個光電二極管向第四電荷轉移器件提供電荷。這里，K是奇數，而L是偶數。通過第一到第四電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時進入輸出柵，并被輸入到電荷檢測電容器中。由包括例如源輸出電路等的電荷檢測器對輸入到電荷檢測電容器中的電荷量進行檢測，然后，作為輸出信號從CCD圖像傳感器輸出。第一和第二二極管行可以包括具有較小尺寸的光電二極管，因此，將能夠縮減光電二極管的尺寸，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
還提供了一種CCD圖像傳感器，包括(a)第一二極管行，包括排成一排的光電二極管；(b)第二二極管行，與所述第一二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列所述第二二極管行中的光電二極管；(c)第三二極管行，包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管四分之一的間隔交錯排列所述第三二極管行中的光電二極管；(d)第四二極管行，與所述第三二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第二二極管行中的光電二極管四分之一的間隔交錯排列所述第四二極管行中的光電二極管；(e)第一到第四電荷轉移器件，分別轉移從所述第一到第四二極管行中接收到的信號電荷；(f)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時從所述第一到第四電荷轉移器件接收信號電荷；以及(g)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
在上述CCD圖像傳感器中，第一和第二二極管行延伸在第一和第二電荷轉移器件之間，而第三和第四二極管行延伸在第三和第四電荷轉移器件之間。第一二極管行中的光電二極管向第一電荷轉移器件提供電荷，而第二二極管行中的光電二極管向第二電荷轉移器件提供電荷。沿排列光電二極管的方向、以相對于彼此一半的間隔交錯排列第一和第二二極管行中的光電二極管。第三二極管行中的光電二極管向第三電荷轉移器件提供電荷，而第四二極管行中的光電二極管向第四電荷轉移器件提供電荷。沿排列光電二極管的方向、以相對于彼此一半的間隔交錯排列第三和第四二極管行中的光電二極管。因此，沿排列光電二極管的方向、以相對于彼此四分之一的間隔交錯排列第一和第三二極管行中的光電二極管。通過第一到第四電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時進入輸出柵，并被輸入到電荷檢測電容器中。由包括例如源輸出電路等的電荷檢測器對輸入到電荷檢測電容器中的電荷量進行檢測，然后，作為輸出信號從CCD圖像傳感器輸出。第一和第二二極管行可以包括具有較小尺寸的光電二極管，因此，將能夠縮減光電二極管的尺寸，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
還提供了一種CCD圖像傳感器，包括(a)第一二極管行，包括排成一排的光電二極管；(b)第二二極管行，與所述第一二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列所述第二二極管行中的光電二極管；(c)第三二極管行，與所述第一和第二二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以排列所述第一和第二行中的光電二極管的間隔的兩倍的間隔排列所述第三行中的光電二極管；(d)第一到第三電荷轉移器件，分別轉移從所述第一到第三二極管行中接收到的信號電荷；(f)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時從所述第一到第四電荷轉移器件接收信號電荷；以及(g)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
在上述CCD圖像傳感器中，第一和第二二極管行延伸在第一和第二電荷轉移器件之間，而第三二極管行面向第三電荷轉移器件。第一二極管行中的光電二極管向第一電荷轉移器件提供電荷，而第二二極管行中的光電二極管向第二電荷轉移器件提供電荷。沿排列光電二極管的方向、以相對于彼此一半的間隔交錯排列第一和第二二極管行中的光電二極管。第三二極管行中的光電二極管向第三電荷轉移器件提供電荷?？梢栽O計第三二極管行中的光電二極管以具有比第一和第二行中的光電二極管更大的尺寸，并且可以按照比在第一和第二二極管行中排列光電二極管的間隔更長的間隔進行排列。通過第一到第三電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時進入輸出柵，并被輸入到電荷檢測電容器中。由包括例如源輸出電路等的電荷檢測器對輸入到電荷檢測電容器中的電荷量進行檢測，然后，作為輸出信號從CCD圖像傳感器輸出。當需要讀取出具有較高分辨率的圖像時，可以使用由第一和第二二極管行射出的電荷所產生的輸出信號，當可以按照較低的分辨率讀取出圖像時，可以使用由第三二極管行射出的電荷所產生的輸出信號。依照讀取出圖像時所需的分辨率，可以選擇高或低分辨率。
所述CCD圖像傳感器還可以包括第一電荷排放器，向其排出從所述第一和第二二極管行射出的信號電荷；以及第二電荷排放器，向其排出從所述第三二極管行射出的信號電荷，其中激活所述第一和第二電荷排放器之一。
電荷排放器排出信號電荷，使信號電荷進入輸出柵，而不進入電荷檢測電容器。第一電荷排放器與第一和第二二極管行相關聯(lián)，并位于第一和第二二極管行與輸出柵之間。第二電荷排放器與第三二極管行相關聯(lián)，并位于第三二極管行與輸出柵之間。激活第一和第二電荷排放器之一，以排出未被用作輸出信號的信號電荷。這樣，依照讀取出圖像時所需的分辨率，可以選擇高或低分辨率。
優(yōu)選的是，所述輸出柵包括沿轉移所述信號電荷的方向排列的三級柵電極。
如果輸出柵在電荷檢測電容器側的區(qū)域比輸出柵在電荷轉移器件側的區(qū)域窄，則溝道長度過長，而溝道寬度較窄，導致了緊靠在輸出柵下方的電荷停滯。通過以從電荷轉移器件朝向電荷檢測電容器的三級電極構成輸出柵，并且通過在與電荷檢測電容器相關聯(lián)的電極上施加比施加在與輸出柵相關聯(lián)的電極上的電壓更高的電壓，將能夠增加緊靠在輸出柵下面、向電荷檢測電容器增加的階躍電位的階數，確保了電荷的平滑轉移。
優(yōu)選的是，所述三級電極中的中間級柵電極具有朝向初始級柵電極凸出的凸出部分。
例如，利用與其中兩個相鄰電荷轉移器件緊靠在輸出柵下面相互對接的區(qū)域呈相對關系的縫隙形成初始級電極，而利用與該縫隙成一直線的凸出部分形成中間級電極。緊靠在凸出部分下面的電位高于緊靠在初始級電極下面的電位，因此，將能夠防止通過一個電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過另一電荷轉移器件轉移過來的電荷相互混合。這樣，可以在兩個相鄰的電荷轉移器件之間實現器件隔離。
還提供了一種CCD圖像傳感器，包括(a)多個電荷轉移器件，每一個均沿列方向轉移信號電荷；(b)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時通過所述電荷轉移器件與其相連的輸出柵，從所述電荷轉移器件接收信號電荷；以及(c)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷，所述輸出柵包括多級柵電極，沿轉移信號電荷的方向排列，第二或后面級的柵電極具有朝向前一級柵電極凸出的凸出部分。
在上述CCD圖像傳感器中，通過多個電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時進入輸入柵，并被輸入到電荷檢測電容器中。輸出柵包括至少兩個柵電極。設計位于距電荷檢測器件的第二個或更多個的一個柵電極具有朝向前一級柵電極凸出的凸出部分。例如，利用與其中兩個相鄰電荷轉移器件緊靠在輸出柵下面相互對接的區(qū)域呈相對關系的縫隙形成初始級電極，而利用與該縫隙成一直線的凸出部分形成中間級電極。緊靠在凸出部分下面的電位高于緊靠在初始級電極下面的電位，因此，將能夠防止通過一個電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過另一電荷轉移器件轉移過來的電荷相互混合。這樣，可以在兩個相鄰的電荷轉移器件之間實現器件隔離。
優(yōu)選的是，所述輸出柵包括三級柵電極。
通過向與電荷檢測電容器相關聯(lián)的電極施加比施加在與輸出柵相關聯(lián)的電極上的電壓更高的電壓，將能夠增加緊靠在輸出柵下面的階躍電位的階數，確保了電荷從電荷轉移器件朝向電荷檢測電容器的平滑轉移。
優(yōu)選的是，第二級柵電極具有當從上方觀察時位于彼此相鄰放置的兩個電荷轉移器件之間的凸出部分，而第三級柵電極具有當從上方觀察時位于電荷檢測電容器的中心的凸出部分。
利用與其中兩個相鄰電荷轉移器件緊靠在輸出柵下面相互對接的區(qū)域呈相對關系的縫隙形成第一級電極，而利用與該縫隙成一直線的凸出部分形成第二級電極。緊靠在凸出部分下面的電位高于緊靠在初始級電極下面的電位，因此，能夠實現兩個相鄰電荷轉移器件之間的器件隔離。此外，為了實現向電荷檢測電容器平滑的電荷轉移，利用與電荷檢測電容器的中心呈相對關系的縫隙形成第二級電極，而利用與該縫隙成一直線的凸出部分形成第三級電極。這樣，將能夠實現向電荷檢測電容器平滑的電荷轉移。
下面，將對上述本發(fā)明所獲得的優(yōu)點進行描述。
在依照本發(fā)明的上述CCD圖像傳感器中，通過三個、四個或更多電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時進入輸出柵，并被輸入到電荷檢測電容器中。因此，可以制造較小尺寸的光電二極管，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件，而且也不需要開關。
通過利用在彼此相鄰放置的兩個電荷轉移器件之間的凸出部分形成輸出柵的初始級電極之后的電極，緊靠在凸出部分下面的電位高于緊靠在初始級電極下面的電位，因此，將能夠防止通過一個電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過另一電荷轉移器件轉移過來的電荷相互混合。這樣，可以在兩個相鄰的電荷轉移器件之間實現器件隔離。


圖1是傳統(tǒng)單CCD型CCD圖像傳感器的平面圖。
圖2是傳統(tǒng)雙CCD型CCD圖像傳感器的平面圖。
圖3是包括以交錯排列設置的兩個光電二極管的傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的平面圖。
圖4是包括以交錯排列設置的四個光電二極管的傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的平面圖。
圖5是包括以交錯排列設置的四個光電二極管的另一傳統(tǒng)CCD圖像傳感器的平面圖。
圖6是傳統(tǒng)彩色CCD圖像傳感器的平面圖。
圖7是按照本發(fā)明第一實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
圖8是沿圖7中的線VIII-VIII所得到的剖面圖。
圖9是沿圖7中的線IX-IX所得到的剖面圖。
圖10是沿圖7中的線X-X所得到的剖面圖。
圖11是圖7中區(qū)域A的放大平面圖。
圖12是位于區(qū)域A中圖11所描述的部分下方的下層的平面圖。
圖13是沿圖11中的線XIII-XIII所得到的剖面圖。
圖14示出了施加在依照第一實施例的CCD圖像傳感器的部件上的信號的時序圖。
圖15是依照本發(fā)明第二實施例的CCD圖像傳感器中、與圖7所示的區(qū)域A相對應的區(qū)域的放大平面圖。
圖16是位于該區(qū)域中圖15所描述的部分下方的下層的平面圖。
圖17是依照本發(fā)明第三實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
圖18是依照本發(fā)明第四實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
圖19是依照本發(fā)明第五實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
具體實施例方式圖7是依照本發(fā)明第一實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
所示CCD圖像傳感器100A包括第一到第四行電荷轉移器件101a、101b、101c和101d，第一和第二行光電二極管102a和102b，第一到第四行電荷轉移器件101a、101b、101c和101d與其公共相連的輸出柵103，復位柵104，漏極105，包括浮置源的電荷檢測電容器106和用作電荷檢測器的源輸出電路107。
第一到第四電荷轉移器件101a、101b、101c和101d在結構上彼此相同，并且第一和第二光電二極管102a和102b在結構上彼此相同。電荷讀取柵110設置在第一到第四電荷轉移器件101a、101b、101c和101d中的每一個與第一和第二光電二極管102a和102b中的每一個之間。第一和第二光電二極管102a和102b中的每一個包括彼此間距相等、根據接收到的光發(fā)出電荷或光電二極管信號的光電二極管。
當將兩個相位驅動信號施加在電荷轉移電極(未示出)上時，第一到第四電荷轉移器件101a、101b、101c和101d中的每一個朝向輸出柵130轉移從第一和第二光電二極管102a和102b射出的電荷。輸出柵130向電荷檢測電容器106輸出通過第一到第四電荷轉移器件101a、101b、101c和101d轉移過來的電荷。
電荷檢測電容器106依照接收到的電荷產生電壓，并將電壓提供給源輸出電路107。源輸出電路107包括兩個MOS晶體管112a和112b。源輸出電路107將輸入到電荷檢測電容器106中的電荷轉換為用于產生光電二極管輸出信號的電壓信號，并將該信號輸出給放大器(未示出)。
復位柵在接收到復位信號時，使漏極105與電源Vdd電連接，并使電荷檢測電容器106具有公共電壓，從而復位已經輸入到電荷檢測電容器106中的電荷。
圖8是沿圖7中的線VIII-VIII所得到的剖面圖。
在p型襯底116上形成第一電荷轉移器件101a，并包括n型阱113和具有比n型阱113的載流子濃度低的載流子濃度的n-型阱117。
在n型阱113和n-型阱117上形成用于轉移電荷的電荷轉移電極120。每個電荷轉移電極120均包括一對與公共信號線電連接的電極120a和電極120b。
第一電荷轉移器件101a沿箭頭140所示的方向轉移電荷。以電絕緣薄膜在其表面上覆蓋p型襯底116。一對線路(未示出)與每個電荷轉移電極120電連接，以便通過其輸入電荷轉移信號。
在第一電荷轉移器件101a中，沿方向140排列了多個電荷轉移電極120。從輸出柵開始數的第K個電荷轉移電極120與第一信號線電連接，其中K是奇數，而從輸出柵開始數的第L個電荷轉移電極120與第二信號線電連接，其中L是偶數。例如，通過第一信號線，將電荷轉移信號3施加在第K個電荷轉移電極120上，而通過第二信號線，將電荷轉移信號4施加在第L個電荷轉移電極120上。
緊靠在每個電荷轉移電極120a的下面形成n-型阱117，因此，根據載流子濃度的不同，緊靠在電荷轉移電極120a下面的電位高于緊靠在電荷轉移電極120b下面的電位，在電荷轉移電極120b上施加了與施加在電荷轉移電極120a上的電壓相同的電壓。因此，緊靠在電荷轉移電極120下面，電位沿方向140下降，確保沿方向140平滑地轉移電荷。
參照圖7，以一半的間隔相互交錯地排列第一二極管行102a中的光電二極管和第二二極管行102b中的光電二極管。在第一和第二光電二極管行102a和102b的每一行中，交替排列通過電荷讀取柵110向第一和第三電荷轉移器件101a和101c射出電荷的光電二極管以及通過電荷讀取柵110向第二和第四電荷轉移器件101b和101d射出電荷的光電二極管。在圖7中，第一和第二光電二極管行102a和102b沿箭頭所示方向射出電荷。依照施加在第一到第四電荷轉移器件101a到101d的電荷轉移電極120上的電荷轉移信號，將從第一光電二極管行102a射向第一和第二電荷轉移器件101a和101b的電荷以及從第二光電二極管行102b射向第三和第四電荷轉移器件101c和101d的電荷連續(xù)地轉移到輸出柵103。
圖9是沿圖7中的線IX-IX所得到的剖面圖，而圖10是沿圖7中的線X-X所得到的剖面圖。
在p型襯底116上形成第一和第二電荷轉移器件101a和101b和第一光電二極管行102a以及其他電荷轉移器件和光電二極管行。第一光電二極管行102a包括光電二極管n型阱118和在光電二極管n型阱118上形成的p型擴散層119，并且產生在數量上與接收到的光的能量成正比的電荷。
如圖9和圖10所示，在第一光電二極管行102a與第一和第二電荷轉移器件101a和101b中的一個之間，以及在第一光電二極管行102a的相對側的第一和第二電荷轉移器件101a和101b的外側，形成包括p+擴散層的p+溝道截斷物，以便阻止電荷的運動。
電荷讀取柵110在將電荷讀取柵信號施加在其上時，升高位于其下的p型襯底116的表面的電位，并向第一或第二電荷轉移器件101a或101b輸出在第一光電二極管行101a中所產生的電荷。在圖9中，通過在其下面未形成p+溝道截斷物115的電荷讀取柵110，向第一電荷轉移器件101a輸出在第一光電二極管102a中產生的電荷，而在圖10中，通過在其下面未形成p+溝道截斷物115的電荷讀取柵110，向第二電荷轉移器件101b輸出在第一光電二極管102a中產生的電荷。
將電荷轉移信號3和4施加在第一光電二極管行102a位于其間且彼此面對的第一和第二電荷轉移器件101a和101b中的電荷轉移電極120上。電荷轉移信號3和4是具有彼此翻轉的相位或彼此相差半個周期的相位的兩個相位驅動信號。
圖11是圖7中區(qū)域A的放大平面圖，圖12是位于區(qū)域A中圖11所描述的部分下方的下層的平面圖，而圖13是沿圖11中的線XIII-XIII所得到的剖面圖。
如圖11所示，輸出柵103包括三個柵電極103a、103b和103c，這三個柵電極103a、103b和103c包括由多晶硅組成的第一或第二層。
在第一和第二電荷轉移器件101a和101b中，將電荷轉移信號3和4施加在電荷轉移電極120上以移動電荷。在第三和第三電荷轉移器件101c和101d中，將電荷轉移信號1和2施加在電荷轉移電極120上以移動電荷。輸出柵130將已通過第一到第四電荷轉移器件101a到101d轉移過來的電荷輸出到電荷檢測電容器106中。
如圖12所示，在圖7所示的區(qū)域A中的下層中，在第一到第四電荷轉移器件101a到101d之間形成p+溝道截斷物115。緊靠在圖12中以虛線表示的輸出柵130的下面，在第一級柵電極103a和部分第二級柵電極103b的上方形成p+溝道截斷物115。通過在部分第二級柵電極103b的上方形成p+溝道截斷物115，將能夠防止通過電荷轉移器件轉移過來的電荷侵入到其他電荷轉移器件中。
如圖13所示，輸出柵103包括三個柵電極103a、103b和103c，以及形成在p型襯底116表面的n型阱113。將預定的電壓施加在柵電極103a到103c上，使得柵電極103a到103c具有彼此不同的電位。例如，確定施加在柵電極103a到103c上的電壓，從電荷轉移器件101a到101d向電荷檢測電容器106變高。這樣，可以通過第一到第四電荷轉移器件101a到101d，將電荷容易地轉移給電荷檢測電容器106。
圖14示出了施加在第一到第四電荷轉移器件101a到101d上的信號的時序圖。
在接收到兩個相位驅動信號1和2或3和4時，第一到第四電荷轉移器件101a到101d向輸出柵103轉移電荷。信號1、2、3和4具有使已通過第一到第四電荷轉移器件101a到101d轉移過來的電荷通過輸出柵103并在彼此不同的定時進入電荷檢測電容器106的波形。
在第一到第四電荷轉移器件101a到101d中的每一個中，在信號1、2、3和4的下降沿，向輸出柵103轉移電荷。如圖14所示，信號1和2具有共同的周期和彼此翻轉的相位，而信號3和4具有與信號1和2相同的周期和彼此翻轉的相位?，?和3具有以四分之一周期彼此交錯的相位，類似地，2和4具有以四分之一周期彼此交錯的相位。因此，在信號1到4的周期中，第一到第四電荷轉移器件101a到101d中的每一個向電荷檢測電容器106輸出電荷一次。
復位信號R在1到4的周期中具有四個脈沖。
例如，在時間T1，因為復位信號R的復位脈沖，漏極105和電荷檢測電容器106具有共同的電位，并對在時間T1之前從電荷轉移器件101b轉移過來并進入電荷檢測電容器106的電荷進行復位。結果，輸出信號具有高電位。
在時間T2，復位信號R的脈沖下降，因此，輸出信號保持在初始電位。當信號1在時間T3下降時，通過電荷轉移器件101d轉移過來的電荷進入電荷檢測電容器106。CCD圖像傳感器100A輸出表示依照已經輸入到電荷檢測電容器106中的電荷量而確定的電壓的輸出信號。
在第一實施例中，以一半間隔相互交錯地排列第一和第二光電二極管行102a和102b中的光電二極管，并將在第一和第二光電二極管行102a和102b中的光電二極管中產生的電荷獨立地射向第一和第二電荷轉移器件101a和101b，以及第三和第四電荷轉移器件101c和101d。通過第一到第四電荷轉移器件101a到101d轉移過來的電荷在彼此不同的時間通過輸出柵103，然后，作為圖像輸出信號，通過電荷檢測電容器106和源輸出電路107輸出。
在依照第一實施例的CCD圖像傳感器100A中，通過第一到第四電荷轉移器件101a到101d轉移過來的電荷進入第一到第四電荷轉移器件101a到101d與其相連的電荷檢測電容器106，并且以一半間隔相互交錯地排列第一和第二光電二極管行102a和102b中的光電二極管。這樣，CCD圖像傳感器100A可以具有比雙CCD型CCD圖像傳感器(參見圖2)的分辨率大兩倍的分辨率，以及比單CCD型CCD圖像傳感器(參見圖1)的分辨率大四倍，而與包括了以交錯排列設置的四個光電二極管的傳統(tǒng)CCD圖像傳感器200E(參見圖5)不同，不需要使用用于切換信號的開關。換句話說，CCD圖像傳感器100A可以具有增強的分辨率，而無需制造較小尺寸的第一到第四電荷轉移器件101a到101d。
在傳統(tǒng)的CCD圖像傳感器200E中，將通過兩行電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過另兩行電荷轉移器件轉移過來的電荷獨立地輸入到電荷檢測電容器中，并在被輸出時，由開關214切換圖像輸出信號。當使用了多個電荷檢測電容器時，即使每個電荷檢測電容器在其中接收到了相同的電荷量，由于電荷檢測電容器靈敏度的變化以及復位噪聲的變化，圖像輸出信號的電壓也可能彼此不同。這種變化對圖像的再現性產生了不利的影響。
相反，在第一實施例中，可以通過電荷檢測電容器106輸出從第一和第二光電二極管行102a和102b中的光電二極管射出的電荷，確保了圖像的再現性。
此外，在傳統(tǒng)的CCD圖像傳感器200E中，源輸出電路將輸入到電荷檢測電容器中的電荷轉換為電壓信號，并通過向其發(fā)送了切換信號的開關輸出選中的圖像輸出信號。
在依照第一實施例的CCD圖像傳感器100A中，源輸出電路107將進入電荷檢測電容器106的電荷立即轉變?yōu)殡妷盒盘枺缓?，作為圖像輸出信號輸出。因此，CCD圖像傳感器100A能夠以比傳統(tǒng)CCD圖像傳感器200E更高的速度工作。
在第一實施例中，輸出柵103包括三個柵電極103a到103c。在靠近電荷轉移器件101a到101d的區(qū)域中，將較低的電壓施加在柵極電極103a到103c上，而在靠近電荷檢測電容器106的區(qū)域中，將較高的電壓施加在柵極電極103a到103c上。在傳統(tǒng)的CCD圖像傳感器中，輸出柵包括兩個柵電極。當將從三個或更多行電荷轉移器件射出的電荷輸入到單一的公共電荷檢測電容器中時，靠近電荷檢測電容器的區(qū)域比靠近緊靠在輸出柵下面的電荷轉移器件的區(qū)域窄，因此，溝道長度過長，而溝道寬度較窄，因而，電荷轉移停滯。相反，在第一實施例中，輸出柵包括三個柵極電極，以增加緊靠在輸出柵下面的電位的階數，確保電荷的平滑轉移。
圖15是依照本發(fā)明第二實施例的CCD圖像傳感器中、與圖7所示的區(qū)域A相對應的區(qū)域的放大平面圖，而圖16是位于該區(qū)域中圖15所描述的部分下方的下層的平面圖。
依照第二實施例的CCD圖像傳感器100B在結構上與CCD圖像傳感器100A的區(qū)別在于輸出柵103的形狀，以及位于輸出柵103下面的n型阱113的形狀。
在第一實施例中，如圖12所示，在位于輸出柵103下方的層中，p+溝道截斷物115延伸到位于緊靠在柵電極103b下面的區(qū)域，而在指向電荷檢測電容器106的區(qū)域中，電荷轉移器件101b和101c的n型阱113的寬度變窄。因此，在此區(qū)域中，p+擴散層彼此靠近，導致了由于窄溝道效應而引起的電位下降，因此，降低了轉移電荷的速率。第二實施例解決了這種問題，并實現了CCD圖像傳感器較高的工作速率。
第二實施例中的輸出柵103包括三個柵極電極103d、103e和103f。與第一實施例類似，要施加在柵極電極103d到103f上的電壓從電荷轉移器件101a到101d向電荷檢測電容器106增加。
從電荷轉移器件101a到101d的角度來看，作為第一級的柵電極103d包括兩個柵電極103(1)和103(2)。利用與夾在電荷轉移器件101a到101d中的兩個相鄰電荷轉移器件之間的區(qū)域成一直線的縫隙，形成柵電極103d。
利用凸出到夾在電荷轉移器件101a到101d中的兩個相鄰電荷轉移器件之間的區(qū)域中的第一級柵電極103d中形成的縫隙中的第一到第三凸出部分122a、122b和122c，形成第二級柵電極103e。還利用在電荷檢測電容器106的中心附近的縫隙形成第二級柵電極103e。
利用凸出到電荷轉移器件101a到101d中的每一個的中心附近的第二級柵電極103e的縫隙中的第四凸出部分122d，形成第三級柵電極103f。
如圖16所示，形成p+溝道截斷物115，延伸到位于緊靠第一級柵電極103d下面的區(qū)域。第二級柵電極103e的第一到第三凸出部分122a到122c增加位于兩個相鄰電荷轉移器件之間的n型阱113的電位，從而防止通過任何一個電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過其他電荷轉移器件轉移過來的電荷混合。第三級柵電極103f的第四凸出部分122d增加了輸出柵103的中心附近的電位，從而防止了由于溝道長度的增加而引起的電荷轉移速率的下降，確保向電荷檢測電容器106平滑地轉移電荷。
在第二實施例中，第二級柵電極103e的第一到第三凸出部分122a到122c增加了緊靠在其下的電位，從而防止通過任何一個電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過其他電荷轉移器件轉移過來的電荷混合。第三級柵電極103f的第四凸出部分122d增加了輸出柵103的中心附近的電位，從而防止了由于第一到第三凸出部分122a到122c對溝道長度的增加而引起的電荷轉移速率的下降。由于在第一和第二級柵電極103d和103e所形成的縫隙中形成第一到第三凸出部分122a到122c中的每一個，n型阱113并未出現在襯底的表面，不會阻止電荷的轉移。
如先前所述，在第一實施例中，通過在緊靠在輸出柵下面的兩個相鄰電荷轉移器件之間形成p+溝道截斷物115，來防止電荷相互混合。但是，第一實施例可能帶來的問題是，p+溝道截斷物115相互之間非常近，從而引起了窄溝道效應，因此，可能會降低轉移電荷的速率。
相反，在第二實施例中，緊靠在輸出柵103下面，增加兩個相鄰電荷轉移器件之間的電位，從而易于朝向電荷檢測電容器轉移電荷，以防止電荷的混合。如圖16所示，電荷轉移器件101b和101c的n型阱113可以在輸出柵103的附近具有較寬的寬度，防止由于窄溝道效應所引起的電荷轉移速率的下降。因此，依照第二實施例的CCD圖像傳感器能夠以比依照第一實施例的CCD圖像傳感器更高的速率工作。
圖17是依照本發(fā)明第三實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
依照第三實施例的CCD圖像傳感器100C在結構上與依照第一和第二實施例的CCD圖像傳感器100A和100B的區(qū)別在于，CCD圖像傳感器100C包括一行電荷轉移器件101f來代替兩行電荷轉移器件101b和101c，并將通過三行電荷轉移器件101a、101d和101f中的任何一個轉移過來的電荷輸入到電荷檢測電容器106中。
例如，第一和第二光電二極管行102a和102b中的光電二極管沿箭頭所示的方向射出電荷。可以用與第三實施例中相同的三行電荷轉移器件代替CCD圖像傳感器100A和100B中的四行電荷轉移器件。
圖18是依照本發(fā)明第四實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
依照第四實施例的CCD圖像傳感器100D在結構上與依照第一和第二實施例的CCD圖像傳感器100A和100B的區(qū)別在于，交錯排列地設置第一和第二光電二極管行102c和102d中的光電二極管，類似地，交錯排列地設置第三和第四光電二極管行102e和102f中的光電二極管。以一半間隔、相互交錯地排列第一光電二極管行102c中的光電二極管和第二光電二極管行102d中的光電二極管，類似地，以一半間隔、相互交錯地排列第三光電二極管行102e中的光電二極管和第四光電二極管行102f中的光電二極管。
如果以圖3所示的兩個光電二極管的交錯排列代替圖2所示的雙CCD型排列來排列圖7所示的光電二極管行102a中的光電二極管，則獲得了第一和第二光電二極管行102c和102d。如果以兩個光電二極管的交錯排列代替雙CCD型排列來排列圖7所示的光電二極管行102b中的光電二極管，則獲得了第三和第四光電二極管行102e和102f。以四分之一(1/4)間隔相互交錯排列第一光電二極管行102c中的光電二極管和第三光電二極管行102e中的光電二極管。即，以CCD圖像傳感器200D中的四分之一間隔、彼此交錯地排列第一到第四光電二極管行102c、102d、102e和102f中的光電二極管。
其中彼此交錯地排列了第一到第四光電二極管行102c到102f中的光電二極管的CCD圖像傳感器100D能夠表現出比包括具有與二極管之間的間隔相對應的公共長度的電荷轉移器件的單CCD型CCD圖像傳感器的分辨率高四倍的分辨率，而與包括其中彼此交錯地排列了光電二極管的四個光電二極管行的傳統(tǒng)CCD圖像傳感器200E不同，不需要開關。這樣，CCD圖像傳感器100D可以具有增強的分辨率，而無需制造較小尺寸的電荷轉移器件。
圖19是依照本發(fā)明第五實施例的CCD圖像傳感器的平面圖。
依照第五實施例的CCD圖像傳感器100E在結構上與上述第一到第四實施例的區(qū)別在于，還具有第一和第二電荷排放器123A和123B，并且具有包括彼此具有不同大小的光電二極管的光電二極管行。
第一電荷排放器123A夾在第一和第二光電二極管行之間，而第二電荷排放器123B位于電荷讀取柵110的相對側，與第三光電二極管行102g相鄰。第一和第二電荷排放器123A和123B排出在第一到第三光電二極管行102c、120d和102g中的光電二極管中產生的電荷。
如果以圖1所示的單CCD型排列代替圖3所示的兩個光電二極管的交錯排列設置圖18所示的光電二極管行102e和102f中的光電二極管，則獲得了第三光電二極管行102g。
例如，第一和第二光電二極管行102c和102d中的光電二極管在尺寸上為相對于第三光電二極管行102g中的光電二極管的一半。
設計CCD圖像傳感器100E以具有以其讀取出圖像的指定分辨率，并有選擇地輸出根據從第一和第二光電二極管行102c和102d射出的電荷以及從第三光電二極管行102g射出的電荷而產生的圖像輸出信號。
如果在CCD圖像傳感器100E中選擇低分辨率，第一電荷排放器123A在接收到從控制電路(未示出)發(fā)出的命令信號時，排出在第一和第二光電二極管行102c和102d中產生的電荷。因此，即使將電荷讀取脈沖施加在電荷讀取柵110上，并不向第一和第二電荷轉移器件101a和101b輸出從光電二極管射出的電荷。將從包括大型光電二極管在內的第三光電二極管行102g射出的電荷，通過電荷讀取柵110和第三電荷轉移器件101d輸入到電荷檢測電容器106中，然后，作為具有低分辨率的圖像信號輸出。
如果在CCD圖像傳感器100E中選擇高分辨率，第二電荷排放器123B在接收到從控制電路(未示出)發(fā)出的命令信號時，排出在第三光電二極管行102g中產生的電荷。因此，即使將電荷讀取脈沖施加在電荷讀取柵110上，并不向第三電荷轉移器件101d輸出從光電二極管射出的電荷。將從包括其中以交錯排列設置的光電二極管的兩個光電二極管行在內的第一和第二光電二極管行102c和102d射出的電荷，通過電荷讀取柵110和第一和第二電荷轉移器件101a和101b輸入到電荷檢測電容器106中，然后，作為具有高分辨率的圖像信號輸出。
可以將通過三行或更多行電荷轉移器件轉移過來的電荷輸入到單一的電荷檢測電容器106中，而且與依照第五實施例的CCD圖像傳感器100E一樣，將電荷發(fā)射到第一和第二電荷轉移器件101a和101b中的光電二極管以及將電荷發(fā)射到第三電荷轉移器件101d中的光電二極管可以在尺寸上彼此不同。依照讀取圖像所需的分辨率，可以選擇高或低分辨率。
在上述第一到第五實施例中，輸出柵103包括三個柵電極。作為選擇，輸出柵103可以包括四個或更多柵電極。
在上述第一到第五實施例中，電荷轉移電極120和柵電極103a到103c包括兩層多晶硅電極。作為選擇，它們可以包括除多晶硅之外的材料。
在上述第一到第五實施例中，將兩個相位驅動信號用作電荷轉移信號。作為選擇，可以使用其他信號，如果該信號使通過電荷轉移器件轉移過來的電荷在彼此不同的定時被輸入到電荷檢測電容器中。
設計依照第二實施例的CCD圖像傳感器100B，以具有以下結構，其中利用夾在兩個相鄰電荷轉移器件之間的區(qū)域中的縫隙，形成初始級柵電極，并利用適合于該縫隙的凸出部分形成下一級柵電極，以便防止通過任何一個電荷轉移器件轉移過來的電荷與通過其他電荷轉移器件轉移過來的電荷相互混合。可以將這種結構應用于其中從單一的電荷檢測電容器輸出通過兩個電荷轉移器件轉移過來的電荷的CCD圖像傳感器，在這種情況下，可以利用縫隙形成初始級柵電極，并且可以利用凸出部分形成第二級柵電極，以防止P+擴散層相互靠近，而導致轉移電荷的速率的下降。
設計依照第五實施例的CCD圖像傳感器100E，以包括在將電荷射向電荷轉移器件之前排出電荷的第一和第二電荷排放器123A和123B。如果在電荷通過輸出柵之前，電荷排放器排出從未選中的光電二極管行射出的電荷，不總是需要將電荷排放器設置在光電二極管附近。例如，可以在電荷轉移器件中或在電荷轉移器件的末端設置電荷排放器。
權利要求
1.一種電荷耦合器件圖像傳感器，包括(a)至少四個電荷轉移器件，每一個均沿列方向轉移信號電荷；(b)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時通過所述電荷轉移器件與其相連的輸出柵，從所述電荷轉移器件中接收信號電荷；以及(c)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中存儲的信號電荷。
2.按照權利要求1所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于所述輸出柵包括沿轉移所述信號電荷的方向排列的三級柵電極。
3.按照權利要求2所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于中間級柵電極具有朝向初始級柵電極凸出的凸出部分。
4.按照權利要求1、2或3所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于還包括延伸在相互相鄰放置的電荷轉移器件之間的二極管行，所述二極管行包括第一組光電二極管，向所述電荷轉移器件之一提供信號電荷；第二組光電二極管，向所述電荷轉移器件中的另一個提供信號電荷，交替地排列屬于所述第一組的光電二極管和屬于所述第二組的光電二極管。
5.按照權利要求4所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于以互不相同的間隔排列延伸在一對電荷轉移器件之間的第一二極管行和延伸在另一對電荷轉移器件之間的第二二極管行。
6.按照權利要求1、2或3所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于還包括延伸在相互相鄰放置的電荷轉移器件之間的第一二極管行和第二二極管行，其中所述第一二極管行向所述電荷轉移器件之一提供信號電荷，而所述第二二極管行向所述電荷轉移器件中的另一個提供信號電荷，和以一半間隔交錯排列所述第一二極管行中的光電二極管和所述第二二極管行中的光電二極管。
7.按照權利要求6所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于以互不相同的間隔排列延伸在一對電荷轉移器件之間的兩個二極管行和延伸在另一對電荷轉移器件之間的兩個二極管行。
8.一種電荷耦合器件圖像傳感器，包括(a)第一、第二和第三電荷轉移器件，每一個均沿列方向轉移信號電荷；(b)第一二極管行，延伸在所述第一和第二電荷轉移器件之間，所述第一二極管行包括向所述第一電荷轉移器件提供信號電荷的第一組光電二極管和向所述第二電荷轉移器件提供信號電荷的第二組光電二極管，其中交替排列屬于所述第一組的光電二極管和屬于所述第二組的光電二極管；(c)第二二極管行，延伸在所述第二和第三電荷轉移器件之間，所述第二二極管行包括向所述第二電荷轉移器件提供信號電荷的第三組光電二極管和向所述第三電荷轉移器件提供信號電荷的第四組光電二極管，其中交替排列屬于所述第三組的光電二極管和屬于所述第四組的光電二極管；(d)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時通過所述第一到第三電荷轉移器件與其相連的輸出柵，從所述第一到第三電荷轉移器件中接收信號電荷；以及(e)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
9.按照權利要求8所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于所述輸出柵包括沿轉移所述信號電荷的方向排列的三級柵電極。
10.按照權利要求9所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于中間級柵電極具有朝向初始級柵電極凸出的凸出部分。
11.一種電荷耦合器件圖像傳感器，包括(a)第一二極管行，包括排成一排的光電二極管；(b)第二二極管行，與所述第一二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列所述第二二極管行中的光電二極管；(c)第一電荷轉移器件，轉移從所述第一二極管行中的第K個光電二極管接收到的信號電荷，其中K是奇數；(d)第二電荷轉移器件，轉移從所述第一二極管行中的第L個光電二極管接收到的信號電荷，其中L是偶數；(e)第三電荷轉移器件，轉移從所述第二二極管行中的第K個光電二極管接收到的信號電荷；(f)第四電荷轉移器件，轉移從所述第二二極管行中的第L個光電二極管接收到的信號電荷；(g)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時從所述第一到第四電荷轉移器件接收信號電荷；以及(h)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
12.一種電荷耦合器件圖像傳感器，包括(a)第一二極管行，包括排成一排的光電二極管；(b)第二二極管行，與所述第一二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列所述第二二極管行中的光電二極管；(c)第三二極管行，包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管四分之一的間隔交錯排列所述第三二極管行中的光電二極管；(d)第四二極管行，與所述第三二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第二二極管行中的光電二極管四分之一的間隔交錯排列所述第四二極管行中的光電二極管；(e)第一到第四電荷轉移器件，分別轉移從所述第一到第四二極管行中接收到的信號電荷；(f)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時從所述第一到第四電荷轉移器件接收信號電荷；以及(g)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
13.一種電荷耦合器件圖像傳感器，包括(a)第一二極管行，包括排成一排的光電二極管；(b)第二二極管行，與所述第一二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以相對于所述第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列所述第二二極管行中的光電二極管；(c)第三二極管行，與所述第一和第二二極管行平行延伸，并包括排成一排的光電二極管，以排列所述第一和第二行中的光電二極管的間隔的兩倍的間隔排列所述第三行中的光電二極管；(d)第一到第三電荷轉移器件，分別轉移從所述第一到第三二極管行中接收到的信號電荷；(f)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時從所述第一到第三電荷轉移器件接收信號電荷；以及(g)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷。
14.按照權利要求13所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于還包括第一電荷排放器，向其排出從所述第一和第二二極管行射出的信號電荷；以及第二電荷排放器，向其排出從所述第三二極管行射出的信號電荷，其中激活所述第一和第二電荷排放器之一。
15.一種電荷耦合器件圖像傳感器，包括(a)多個電荷轉移器件，每一個均沿列方向轉移信號電荷；(b)電荷檢測電容器，在彼此不同的定時通過所述電荷轉移器件與其相連的輸出柵，從所述電荷轉移器件接收信號電荷；以及(c)電荷檢測器，檢測存儲在所述電荷檢測電容器中的信號電荷，所述輸出柵包括沿轉移信號電荷的方向排列的多級柵電極，第二或后面級的柵電極具有朝向前一級柵電極凸出的凸出部分。
16.按照權利要求15所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于所述輸出柵包括三級柵電極。
17.按照權利要求16所述的電荷耦合器件圖像傳感器，其特征在于第二級柵電極具有當從上方觀察時位于彼此相鄰放置的兩個電荷轉移器件之間的凸出部分，而第三級柵電極具有當從上方觀察時位于電荷檢測電容器的中心的凸出部分。
全文摘要
一種CCD圖像傳感器，包括第一二極管行，包括成一排的光電二極管；第二二極管行，與第一二極管行平行延伸，包括成一排的光電二極管，以第一二極管行中的光電二極管一半的間隔交錯排列第二二極管行的光電二極管；第一電荷轉移器件，轉移接收的第一二極管行的第K個光電二極管的信號電荷，K是奇數；第二電荷轉移器件，轉移從第一二極管行的第L個光電二極管接收的信號電荷，L是偶數；第三電荷轉移器件，轉移從第二二極管行的第K個光電二極管接收的信號電荷；第四電荷轉移器件，轉移從第二二極管行的第L個光電二極管接收的信號電荷；電荷檢測電容器，在不同定時接收第一到第四電荷轉移器件的信號電荷；電荷檢測器，檢測電荷檢測電容器存儲的信號電荷。
文檔編號H04N3/15GK1505380SQ20031011952
公開日2004年6月16日 申請日期2003年12月1日 優(yōu)先權日2002年11月29日
發(fā)明者綱井史郎 申請人:恩益禧電子股份有限公司