专利名称：电荷耦合器件图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CCD(电荷耦合器件)图像传感器，更具体地讲，涉及一种其中将从多个电荷转移器件接收到的信号电荷输入到与电荷转移器件相连的电荷检测电容器中的CCD图像传感器。
背景技术：
近来，要求包括多个电荷转移器件在内的CCD图像传感器包括以较小的尺寸制造的光电二极管，并具有更高的分辨率。为了以较小的尺寸制造光电二极管，需要以较小的尺寸制造电荷转移器件。但是，需要花费更多的时间和成本来制造，因此，难以响应以较小的尺寸制造光电二极管的要求，实现以较小的尺寸制造电荷转移器件。因此，传统上将光电二极管制造得较小，并增加了光电二极管的数目，而无需以较小的尺寸制造电荷转移器件，如下所示。
图1是传统CCD图像传感器的视图。
所示CCD图像传感器200A是单CCD类型的。具体地讲，CCD图像传感器200A包括由排成一排的多个光电二极管组成的光电二极管行202和与光电二极管行202呈相对关系、并排成一排的电荷转移器件201。光电二极管行202中的每个光电二极管通过读取栅210向电荷转移器件201输出信号电荷。
例如，光电二极管行202中的光电二极管以8微米的间隔排列，并依照光电二极管行202的间隔制造电荷转移器件201。将信号施加在每个电荷转移器件201的电荷转移电极(未示出)上，结果，通过电荷转移器件201，将从光电二极管射出的电荷转移给输出栅203。电荷通过输出栅203、电荷检测电容器206和源输出电路207，然后，从CCD图像传感器200A输出，作为输出信号。
图2是在日本专利申请公开No.11-164087和1-248665中提出的双CCD类型的另一传统CCD图像传感器的视图。
所示CCD图像传感器200B包括位于光电二极管行202外部的电荷转移器件201a和201b。光电二极管行202包括向电荷转移器件201a射出电荷的第一组光电二极管和向电荷转移器件201b射出电荷的第二组光电二极管。以例如4微米的间隔等特定的间隔交替地排列第一组中的光电二极管和第二组中的光电二极管。电荷转移器件201a和201b可以按照与排列图1所示的电荷转移器件201的间隔相等的间隔排列。
光电二极管行202通过读取栅210向电荷转移器件201a和201b射出电荷。通过电荷转移器件201a和201b转移所射出的电荷，并交替地输入到公共的输出栅203中。
可以针对每个电荷转移器件201a和201b排列输出栅203、电荷检测电容器206和源输出电路207，以便独立地输出通过电荷转移器件201a和201b转移的电荷。但是，CCD图像传感器需要包括允许通过电荷转移器件201a和201b转移的电荷输出的开关。
设计CCD图像传感器200B以具有用作电荷转移器件201a和201b的公共输出栅的输出栅203，从而省略上述开关。
通过包括依照与依照其制造单CCD型CCD图像传感器200A的过程相同的过程制造、并具有与电荷转移器件201的长度相等的长度的电荷传感器器件，双CCD型CCD图像传感器200B可以具有在数量上两倍于单CCD型CCD图像传感器200A的光电二极管。即，双CCD型CCD图像传感器可以具有相对于单CCD型CCD图像传感器双倍数目的光电二极管，而不需要制造较小尺寸的电荷转移器件。与制造较小尺寸的电荷转移器件相比，制造较小尺寸的光电二极管并不是很困难。
图3是在日本专利申请公开No.2001-203342中提出的包括以交错排列来排列两个光电二极管的另一传统CCD图像传感器的视图。
所示CCD图像传感器200C包括与第一和第二光电二极管行202a和202b呈相对关系的第一和第二电荷转移器件201a和201b。第一光电二极管行202a中的光电二极管与第二光电二极管行202b中的光电二极管以一半间隔相互交错地排列。
设计CCD图像传感器200C，以具有两个单CCD型CCD图像传感器200A(参见图1)，排列所述两个单CCD型CCD图像传感器，使得在两个光电二极管行中的光电二极管按照一半间隔相互交错排列，还具有通过其输出信号的公共输出栅203。与双CCD型CCD图像传感器200B相类似，这种结构允许CCD图像传感器200C具有在数量上两倍于单CCD型CCD图像传感器的光电二极管，而不需要制造较小尺寸的电荷转移器件。
在双CCD型CCD图像传感器200B和包括以相互交错的排列设置的光电二极管的CCD图像传感器200C中，在从光电二极管中以公共数目并以公共时间周期射出电荷的条件下，能够设置施加于电荷转移器件中的电荷转移电极上的信号的频率，等于单CCD型CCD图像传感器200A中相同信号的频率的一半。这样确保防止了电磁干扰(EMI)。
此外，CCD图像传感器200C相对于双CCD型CCD图像传感器200B具有以下优点可以制造较大尺寸的光电二极管，确保了较高的信噪(S/N)比和较宽的动态范围。
图4是包括了以交错排列设置的四个二极管的另一传统CCD图像传感器的视图，以及图5是包括了以交错排列设置的四个二极管的另一传统CCD图像传感器的视图。
图4所示的CCD图像传感器200D和图5所示的CCD图像传感器200E中的每一个包括四个光电二极管行202a到202d，其中相对于另一个以四分之一间隔交错排列光电二极管行202a到202d中的光电二极管，并表现出在数目上两倍于图2和图3所示的CCD图像传感器的光电二极管。
图4所示的CCD图像传感器200D包括两行电荷转移器件201a和201b。第一和第二光电二极管行202a和202b与电荷转移器件201a公共相连，而第三和第四光电二极管行202c和202d与电荷转移器件201b公共相连。
例如，当都与电荷转移器件201a相连的光电二极管行202a和202b之一将电荷射入到电荷转移器件201a中时，换句话说，当光电二极管行202a和202b之一使用电荷转移器件201a时，通过电荷排放器(charge-drainer)223a和223b耗尽从光电二极管行202a和202b中的另一个射出的电荷。以相同的方式应用于第三和第四光电二极管行202c和202d。这样，如果第一和第四光电二极管行202a和202d使用电荷转移器件201a和201b，则通过电荷排放器223b耗尽从第二和第三光电二极管行202b和202c射出的电荷。
在CCD图像传感器200D中，独立地输出两次从光电二极管行202a到202d射出的电荷。
在图5所示的CCD图像传感器200E中，通过开关214切换从两个CCD类型的CCD图像传感器发出的输出信号。在CCD图像传感器200E中，将从第一和第二光电二极管行202a和202b之一射出的电荷与从第三和第四光电二极管行202c和202d之一射出的电荷同时输入到相关电荷检测电容器206a和206b中。因此，CCD图像传感器200E需要包括如开关214等开关。但是，由于不需要独立地输出两次从光电二极管行202a到202d射出的电荷，与图4所示的CCD图像传感器200D相比，将可以缩短输出信号所需的时间周期。
如上所述，包括以交错排列设置的四个光电二极管的CCD图像传感器对于增加光电二极管的数目是有优势的，但其问题在于，必须从光电二极管两次和一半一半地输出电荷，而且必须通过开关214对信号进行切换。这是因为不能将通过四行电荷转移器件转移的电荷输入到公共电荷检测电容器中。
日本专利申请公开No.10-233883提出了一种CCD图像传感器，被设计成通过公共电荷检测电容器输出已通过三个和更多个电荷转移器件中的每一个转移的电荷。在所提出的CCD图像传感器中，通过公共电荷检测电容器输出从与红(R)、绿(G)和蓝(B)相关联的光电二极管行射出的电荷。在公共放大器中，对每种颜色的信号进行放大，从而减小彩色图像中的线性误差。
图6是上述公开中所提出的彩色CCD图像传感器的方框图。
所示彩色CCD图像传感器300包括针对RGB颜色的光电二极管312R、312G和312B，针对RGB颜色的CCD移位寄存器310R、310G和310B以及针对RGB颜色的输出栅313R、313G和313B。
从光电二极管312R、312G和312B射出的电荷通过CCD移位寄存器310R、310G和310B转移到输出栅313R、313G和313B。
向移位寄存器310R、310G和310B公共地施加两个相位驱动信号1和2，并分别将栅控制信号Rog、Gog和Bog施加在输出栅313R、313G和313B上。将通过输出栅313R、313G和313B中的任何一个转移的电荷输入到作为对红、绿和蓝公共的电荷检测电容器的浮置源(floatingsource)314中。输入到浮置源314中的电荷通过源输出电路(sourcefollower circuit)318向放大器(未示出)输出。这样，可以通过公共放大器放大针对每种颜色的信号，而不需要使用开关，确保了彩色图像中线性误差的减少。
但是，上述公开中所提供的CCD图像传感器的问题在于不能以较高的密度排列光电二极管，因为光电二极管的排列与图1所示的单CCD型CCD图像传感器中的光电二极管排列相同。此外，不可避免的是，从每个移位寄存器310R、310G和310B到浮置源314的沟道长度较为冗长。因此，当将已通过移位寄存器310R、310G和310B转移的电荷输入到浮置源314中时，电荷难以转移位于紧靠在输出栅313R、313G和313B下面的区域。
通常，通过电荷检测电容器输出通过多个电荷转移器件转移过来的电荷，形成P+扩散层，延伸到紧靠在输出栅下面的区域，以便防止通过多个电荷转移器件转移过来的电荷相互混合。即，即使在紧靠在输出栅下面的区域，电荷转移器件仍相互分隔。但是，这样所带来的问题是，由于电荷相互连接的区域在更靠近电荷检测电容器的位置在宽度上变得更窄，由于P+扩散层，使通过其转移电荷的通路变窄，因此，P+扩散层靠近相邻的P+扩散层，导致了窄沟道效应。如果引起了窄沟道效应，则降低了电位，因此，降低了电荷的迁移速度。
日本专利申请公开No.11-205532提出了一种包括第一、第二和第三光电二极管行的固态图像传感器。移位电极和CCD寄存器位于第一和第二光电二极管行之间，以及第二和第三光电二极管行之间。在第一和第三光电二极管行的外侧设置有移位电极和CCD寄存器。
日本专利申请公开No.64-14966提出了一种包括电荷转移电极和输出栅电极的电荷转移器件，其中在具有第一电导率的半导体衬底中形成电荷转移电极和输出栅电极。在半导体衬底中紧靠在输出栅电极下面形成具有第二电导率的电荷检测区域。位于紧靠在电荷转移电极下面的电荷转移沟道朝向电荷检测区域变窄。在电荷转移电极下面形成阶跃电位。
日本专利申请公开No.4-14842提出了一种电荷转移器件中的电荷检测电路，包括两行电荷转移寄存器、交替地读取出来自电荷转移寄存器的末级的信号电荷的浮置扩散型电荷读出器、以及位于电荷转移寄存器的末级与浮置扩散型电荷读出器之间的输出栅。将从电荷转移寄存器的末级读取出的电荷通过在输出栅下面形成的单一转移沟道输入到浮置扩散型电荷读出器中。
发明内容
考虑到传统CCD图像传感器中的上述问题，本发明的一个目的是提供一种CCD图像传感器，能够以较高的密度排列光电二极管，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件，并能够改进由于紧靠在输出栅下面的冗长的沟道长度而引起的电荷转移中的失真。
本发明的另一目的是提供一种CCD图像传感器，能够防止由于分隔紧靠在输出栅下面的电荷转移器件而引起的窄沟道效应，并能够防止电荷迁移速度的下降。
在本发明的一个方面中，提供了一种CCD图像传感器，包括(a)至少四个电荷转移器件，每一个均沿列方向转移信号电荷；(b)电荷检测电容器，在彼此不同的定时通过所述电荷转移器件与其相连的输出栅，从所述电荷转移器件中接收信号电荷；以及(c)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
在所述CCD图像传感器中，通过四个或更多个电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时通过对电荷转移器件公共的输出栅，并输入到对电荷转移器件公共的电荷检测电容器中。由包括如源输出电路等的电荷检测器对输入到电荷检测电容器中的电荷量进行检测，然后，作为输出信号从CCD图像传感器输出。通过设置与四个或更多电荷转移器件相关联的小型光电二极管，可以制造较小尺寸的光电二极管，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
例如，在具有四个或更多电荷转移器件的传统CCD图像传感器中，将通过两行电荷转移器件转移过来的电荷独立地输入到两个或更多电荷检测电容器中，然后，通过切换通过两行电荷转移器件转移过来的电荷，作为图像输出信号输出。但是，即使每个电荷检测电容器在其中接收到相同的电荷量，由于电荷检测电容器的灵敏度和复位噪声的变化，图像输出信号的电压仍然可能彼此不同。这种变化对图像的再现性产生不利的影响。本发明使其不再需要具有用于切换电荷的开关，并允许通过电荷转移器件转移过来的电荷输入公共电荷检测电容器，确保了图像的再现性。
所述CCD图像传感器还可以包括延伸在相互相邻放置的电荷转移器件之间的二极管行，所述二极管行包括第一组光电二极管，向所述电荷转移器件之一提供信号电荷；第二组光电二极管，向所述电荷转移器件中的另一个提供信号电荷，交替地排列属于所述第一组的光电二极管和属于所述第二组的光电二极管。
对于一对电荷转移器件和二极管行，以与其中沿光电二极管的相反侧转移信号电荷的双CCD型CCD图像传感器相同的方式进行排列。通过这样排列光电二极管，将能够制造较小尺寸的光电二极管，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
优选的是，以互不相同的间隔排列延伸在一对电荷转移器件之间的第一二极管行和延伸在另一对电荷转移器件之间的第二二极管行。
由于所述CCD图像传感器可以包括四个或更多电荷转移器件，所述CCD图像传感器可以包括两个或多个双CCD型CCD图像传感器，在这种情况下，可以沿排列光电二极管的方向相互交错地排列二极管行中的光电二极管，确保了较高密度的光电二极管排列。
所述CCD图像传感器还可以包括延伸在相互相邻放置的电荷转移器件之间的第一二极管行和第二二极管行，其中所述第一二极管行向所述电荷转移器件之一提供信号电荷，而所述第二二极管行向所述电荷转移器件中的另一个提供信号电荷，而且以一半间隔交错排列所述第一二极管行中的光电二极管和所述第二二极管行中的光电二极管。
对于一对电荷转移器件和两个二极管行，以与两个光电二极管的交错排列的光电二极管排列相同的方式进行排列。通过这样排列光电二极管，将能够制造较小尺寸的光电二极管，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
优选的是，以互不相同的间隔排列延伸在一对电荷转移器件之间的两个二极管行和延伸在另一对电荷转移器件之间的两个二极管行。
由于所述CCD图像传感器可以包括四个或更多电荷转移器件，所述CCD图像传感器可以包括两个或多个两个光电二极管的交错排列的光电二极管排列，在这种情况下，可以沿排列光电二极管的方向相互交错地排列二极管行中的光电二极管，确保了较高密度的光电二极管排列。
还提供了一种CCD图像传感器，包括(a)第一、第二和第三电荷转移器件，每一个均沿列方向转移信号电荷；(b)第一二极管行，延伸在所述第一和第二电荷转移器件之间，所述第一二极管行包括向所述第一电荷转移器件提供信号电荷的第一组光电二极管和向所述第二电荷转移器件提供信号电荷的第二组光电二极管，其中交替排列属于所述第一组的光电二极管和属于所述第二组的光电二极管；(c)第二二极管行，延伸在所述第二和第三电荷转移器件之间，所述第二二极管行包括向所述第二电荷转移器件提供信号电荷的第三组光电二极管和向所述第三电荷转移器件提供信号电荷的第四组光电二极管，其中交替排列属于所述第三组的光电二极管和属于所述第四组的光电二极管；(d)电荷检测电容器，在彼此不同的定时通过所述第一到第三电荷转移器件与其相连的输出栅，从所述第一到第三电荷转移器件中接收信号电荷；以及(e)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
在上述CCD图像传感器中，第一二极管行延伸在第一和第二电荷转移器件之间，而第二二极管行延伸在第二和第三电荷转移器件之间。第一二极管行包括向第一电荷转移器件提供信号电荷的第一组光电二极管和向第二电荷转移器件提供信号电荷的第二组光电二极管。交替排列第一组中的光电二极管和第二组中的光电二极管。第二二极管行包括向第二电荷转移器件提供信号电荷的第三组光电二极管和向第三电荷转移器件提供信号电荷的第四组光电二极管。交替排列第三组中的光电二极管和第四组中的光电二极管。通过第一到第三电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时进入输出栅，并被输入到电荷检测电容器中。由包括例如源输出电路等的电荷检测器对输入到电荷检测电容器中的电荷量进行检测，然后，作为输出信号从CCD图像传感器输出。第一和第二二极管行可以包括具有较小尺寸的光电二极管，因此，将能够缩减光电二极管的尺寸，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
还提供了一种CCD图像传感器，包括(a)第一二极管行，包括排成一排的光电二极管；(b)第二二极管行，与所述第一二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列所述第二二极管行中的光电二极管；(c)第一电荷转移器件，转移从所述第一二极管行中的第K个光电二极管接收到的信号电荷，其中K是奇数；(d)第二电荷转移器件，转移从所述第一二极管行中的第L个光电二极管接收到的信号电荷，其中L是偶数；(e)第三电荷转移器件，转移从所述第二二极管行中的第K个光电二极管接收到的信号电荷；(f)第四电荷转移器件，转移从所述第二二极管行中的第L个光电二极管接收到的信号电荷；(g)电荷检测电容器，在彼此不同的定时从所述第一到第四电荷转移器件接收信号电荷；以及(h)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
在上述CCD图像传感器中，第一二极管行延伸在第一和第二电荷转移器件之间，而第二二极管行延伸在第三和第四电荷转移器件之间。沿排列光电二极管的方向、以相对于第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列第二二极管行中的光电二极管。在第二二极管行中的光电二极管中，从输出栅开始数的第K个光电二极管向第三电荷转移器件提供电荷，而从输出栅开始数的第L个光电二极管向第四电荷转移器件提供电荷。这里，K是奇数，而L是偶数。通过第一到第四电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时进入输出栅，并被输入到电荷检测电容器中。由包括例如源输出电路等的电荷检测器对输入到电荷检测电容器中的电荷量进行检测，然后，作为输出信号从CCD图像传感器输出。第一和第二二极管行可以包括具有较小尺寸的光电二极管，因此，将能够缩减光电二极管的尺寸，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
还提供了一种CCD图像传感器，包括(a)第一二极管行，包括排成一排的光电二极管；(b)第二二极管行，与所述第一二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列所述第二二极管行中的光电二极管；(c)第三二极管行，包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管四分之一的间隔交错排列所述第三二极管行中的光电二极管；(d)第四二极管行，与所述第三二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第二二极管行中的光电二极管四分之一的间隔交错排列所述第四二极管行中的光电二极管；(e)第一到第四电荷转移器件，分别转移从所述第一到第四二极管行中接收到的信号电荷；(f)电荷检测电容器，在彼此不同的定时从所述第一到第四电荷转移器件接收信号电荷；以及(g)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
在上述CCD图像传感器中，第一和第二二极管行延伸在第一和第二电荷转移器件之间，而第三和第四二极管行延伸在第三和第四电荷转移器件之间。第一二极管行中的光电二极管向第一电荷转移器件提供电荷，而第二二极管行中的光电二极管向第二电荷转移器件提供电荷。沿排列光电二极管的方向、以相对于彼此一半的间隔交错排列第一和第二二极管行中的光电二极管。第三二极管行中的光电二极管向第三电荷转移器件提供电荷，而第四二极管行中的光电二极管向第四电荷转移器件提供电荷。沿排列光电二极管的方向、以相对于彼此一半的间隔交错排列第三和第四二极管行中的光电二极管。因此，沿排列光电二极管的方向、以相对于彼此四分之一的间隔交错排列第一和第三二极管行中的光电二极管。通过第一到第四电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时进入输出栅，并被输入到电荷检测电容器中。由包括例如源输出电路等的电荷检测器对输入到电荷检测电容器中的电荷量进行检测，然后，作为输出信号从CCD图像传感器输出。第一和第二二极管行可以包括具有较小尺寸的光电二极管，因此，将能够缩减光电二极管的尺寸，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
还提供了一种CCD图像传感器，包括(a)第一二极管行，包括排成一排的光电二极管；(b)第二二极管行，与所述第一二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列所述第二二极管行中的光电二极管；(c)第三二极管行，与所述第一和第二二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以排列所述第一和第二行中的光电二极管的间隔的两倍的间隔排列所述第三行中的光电二极管；(d)第一到第三电荷转移器件，分别转移从所述第一到第三二极管行中接收到的信号电荷；(f)电荷检测电容器，在彼此不同的定时从所述第一到第四电荷转移器件接收信号电荷；以及(g)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
在上述CCD图像传感器中，第一和第二二极管行延伸在第一和第二电荷转移器件之间，而第三二极管行面向第三电荷转移器件。第一二极管行中的光电二极管向第一电荷转移器件提供电荷，而第二二极管行中的光电二极管向第二电荷转移器件提供电荷。沿排列光电二极管的方向、以相对于彼此一半的间隔交错排列第一和第二二极管行中的光电二极管。第三二极管行中的光电二极管向第三电荷转移器件提供电荷。可以设计第三二极管行中的光电二极管以具有比第一和第二行中的光电二极管更大的尺寸，并且可以按照比在第一和第二二极管行中排列光电二极管的间隔更长的间隔进行排列。通过第一到第三电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时进入输出栅，并被输入到电荷检测电容器中。由包括例如源输出电路等的电荷检测器对输入到电荷检测电容器中的电荷量进行检测，然后，作为输出信号从CCD图像传感器输出。当需要读取出具有较高分辨率的图像时，可以使用由第一和第二二极管行射出的电荷所产生的输出信号，当可以按照较低的分辨率读取出图像时，可以使用由第三二极管行射出的电荷所产生的输出信号。依照读取出图像时所需的分辨率，可以选择高或低分辨率。
所述CCD图像传感器还可以包括第一电荷排放器，向其排出从所述第一和第二二极管行射出的信号电荷；以及第二电荷排放器，向其排出从所述第三二极管行射出的信号电荷，其中激活所述第一和第二电荷排放器之一。
电荷排放器排出信号电荷，使信号电荷进入输出栅，而不进入电荷检测电容器。第一电荷排放器与第一和第二二极管行相关联，并位于第一和第二二极管行与输出栅之间。第二电荷排放器与第三二极管行相关联，并位于第三二极管行与输出栅之间。激活第一和第二电荷排放器之一，以排出未被用作输出信号的信号电荷。这样，依照读取出图像时所需的分辨率，可以选择高或低分辨率。
优选的是，所述输出栅包括沿转移所述信号电荷的方向排列的三级栅电极。
如果输出栅在电荷检测电容器侧的区域比输出栅在电荷转移器件侧的区域窄，则沟道长度过长，而沟道宽度较窄，导致了紧靠在输出栅下方的电荷停滞。通过以从电荷转移器件朝向电荷检测电容器的三级电极构成输出栅，并且通过在与电荷检测电容器相关联的电极上施加比施加在与输出栅相关联的电极上的电压更高的电压，将能够增加紧靠在输出栅下面、向电荷检测电容器增加的阶跃电位的阶数，确保了电荷的平滑转移。
优选的是，所述三级电极中的中间级栅电极具有朝向初始级栅电极凸出的凸出部分。
例如，利用与其中两个相邻电荷转移器件紧靠在输出栅下面相互对接的区域呈相对关系的缝隙形成初始级电极，而利用与该缝隙成一直线的凸出部分形成中间级电极。紧靠在凸出部分下面的电位高于紧靠在初始级电极下面的电位，因此，将能够防止通过一个电荷转移器件转移过来的电荷与通过另一电荷转移器件转移过来的电荷相互混合。这样，可以在两个相邻的电荷转移器件之间实现器件隔离。
还提供了一种CCD图像传感器，包括(a)多个电荷转移器件，每一个均沿列方向转移信号电荷；(b)电荷检测电容器，在彼此不同的定时通过所述电荷转移器件与其相连的输出栅，从所述电荷转移器件接收信号电荷；以及(c)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷，所述输出栅包括多级栅电极，沿转移信号电荷的方向排列，第二或后面级的栅电极具有朝向前一级栅电极凸出的凸出部分。
在上述CCD图像传感器中，通过多个电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时进入输入栅，并被输入到电荷检测电容器中。输出栅包括至少两个栅电极。设计位于距电荷检测器件的第二个或更多个的一个栅电极具有朝向前一级栅电极凸出的凸出部分。例如，利用与其中两个相邻电荷转移器件紧靠在输出栅下面相互对接的区域呈相对关系的缝隙形成初始级电极，而利用与该缝隙成一直线的凸出部分形成中间级电极。紧靠在凸出部分下面的电位高于紧靠在初始级电极下面的电位，因此，将能够防止通过一个电荷转移器件转移过来的电荷与通过另一电荷转移器件转移过来的电荷相互混合。这样，可以在两个相邻的电荷转移器件之间实现器件隔离。
优选的是，所述输出栅包括三级栅电极。
通过向与电荷检测电容器相关联的电极施加比施加在与输出栅相关联的电极上的电压更高的电压，将能够增加紧靠在输出栅下面的阶跃电位的阶数，确保了电荷从电荷转移器件朝向电荷检测电容器的平滑转移。
优选的是，第二级栅电极具有当从上方观察时位于彼此相邻放置的两个电荷转移器件之间的凸出部分，而第三级栅电极具有当从上方观察时位于电荷检测电容器的中心的凸出部分。
利用与其中两个相邻电荷转移器件紧靠在输出栅下面相互对接的区域呈相对关系的缝隙形成第一级电极，而利用与该缝隙成一直线的凸出部分形成第二级电极。紧靠在凸出部分下面的电位高于紧靠在初始级电极下面的电位，因此，能够实现两个相邻电荷转移器件之间的器件隔离。此外，为了实现向电荷检测电容器平滑的电荷转移，利用与电荷检测电容器的中心呈相对关系的缝隙形成第二级电极，而利用与该缝隙成一直线的凸出部分形成第三级电极。这样，将能够实现向电荷检测电容器平滑的电荷转移。
下面，将对上述本发明所获得的优点进行描述。
在依照本发明的上述CCD图像传感器中，通过三个、四个或更多电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时进入输出栅，并被输入到电荷检测电容器中。因此，可以制造较小尺寸的光电二极管，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件，而且也不需要开关。
通过利用在彼此相邻放置的两个电荷转移器件之间的凸出部分形成输出栅的初始级电极之后的电极，紧靠在凸出部分下面的电位高于紧靠在初始级电极下面的电位，因此，将能够防止通过一个电荷转移器件转移过来的电荷与通过另一电荷转移器件转移过来的电荷相互混合。这样，可以在两个相邻的电荷转移器件之间实现器件隔离。
图1是传统单CCD型CCD图像传感器的平面图。
图2是传统双CCD型CCD图像传感器的平面图。
图3是包括以交错排列设置的两个光电二极管的传统CCD图像传感器的平面图。
图4是包括以交错排列设置的四个光电二极管的传统CCD图像传感器的平面图。
图5是包括以交错排列设置的四个光电二极管的另一传统CCD图像传感器的平面图。
图6是传统彩色CCD图像传感器的平面图。
图7是按照本发明第一实施例的CCD图像传感器的平面图。
图8是沿图7中的线VIII-VIII所得到的剖面图。
图9是沿图7中的线IX-IX所得到的剖面图。
图10是沿图7中的线X-X所得到的剖面图。
图11是图7中区域A的放大平面图。
图12是位于区域A中图11所描述的部分下方的下层的平面图。
图13是沿图11中的线XIII-XIII所得到的剖面图。
图14示出了施加在依照第一实施例的CCD图像传感器的部件上的信号的时序图。
图15是依照本发明第二实施例的CCD图像传感器中、与图7所示的区域A相对应的区域的放大平面图。
图16是位于该区域中图15所描述的部分下方的下层的平面图。
图17是依照本发明第三实施例的CCD图像传感器的平面图。
图18是依照本发明第四实施例的CCD图像传感器的平面图。
图19是依照本发明第五实施例的CCD图像传感器的平面图。
具体实施例方式图7是依照本发明第一实施例的CCD图像传感器的平面图。
所示CCD图像传感器100A包括第一到第四行电荷转移器件101a、101b、101c和101d，第一和第二行光电二极管102a和102b，第一到第四行电荷转移器件101a、101b、101c和101d与其公共相连的输出栅103，复位栅104，漏极105，包括浮置源的电荷检测电容器106和用作电荷检测器的源输出电路107。
第一到第四电荷转移器件101a、101b、101c和101d在结构上彼此相同，并且第一和第二光电二极管102a和102b在结构上彼此相同。电荷读取栅110设置在第一到第四电荷转移器件101a、101b、101c和101d中的每一个与第一和第二光电二极管102a和102b中的每一个之间。第一和第二光电二极管102a和102b中的每一个包括彼此间距相等、根据接收到的光发出电荷或光电二极管信号的光电二极管。
当将两个相位驱动信号施加在电荷转移电极(未示出)上时，第一到第四电荷转移器件101a、101b、101c和101d中的每一个朝向输出栅130转移从第一和第二光电二极管102a和102b射出的电荷。输出栅130向电荷检测电容器106输出通过第一到第四电荷转移器件101a、101b、101c和101d转移过来的电荷。
电荷检测电容器106依照接收到的电荷产生电压，并将电压提供给源输出电路107。源输出电路107包括两个MOS晶体管112a和112b。源输出电路107将输入到电荷检测电容器106中的电荷转换为用于产生光电二极管输出信号的电压信号，并将该信号输出给放大器(未示出)。
复位栅在接收到复位信号时，使漏极105与电源Vdd电连接，并使电荷检测电容器106具有公共电压，从而复位已经输入到电荷检测电容器106中的电荷。
图8是沿图7中的线VIII-VIII所得到的剖面图。
在p型衬底116上形成第一电荷转移器件101a，并包括n型阱113和具有比n型阱113的载流子浓度低的载流子浓度的n-型阱117。
在n型阱113和n-型阱117上形成用于转移电荷的电荷转移电极120。每个电荷转移电极120均包括一对与公共信号线电连接的电极120a和电极120b。
第一电荷转移器件101a沿箭头140所示的方向转移电荷。以电绝缘薄膜在其表面上覆盖p型衬底116。一对线路(未示出)与每个电荷转移电极120电连接，以便通过其输入电荷转移信号。
在第一电荷转移器件101a中，沿方向140排列了多个电荷转移电极120。从输出栅开始数的第K个电荷转移电极120与第一信号线电连接，其中K是奇数，而从输出栅开始数的第L个电荷转移电极120与第二信号线电连接，其中L是偶数。例如，通过第一信号线，将电荷转移信号3施加在第K个电荷转移电极120上，而通过第二信号线，将电荷转移信号4施加在第L个电荷转移电极120上。
紧靠在每个电荷转移电极120a的下面形成n-型阱117，因此，根据载流子浓度的不同，紧靠在电荷转移电极120a下面的电位高于紧靠在电荷转移电极120b下面的电位，在电荷转移电极120b上施加了与施加在电荷转移电极120a上的电压相同的电压。因此，紧靠在电荷转移电极120下面，电位沿方向140下降，确保沿方向140平滑地转移电荷。
参照图7，以一半的间隔相互交错地排列第一二极管行102a中的光电二极管和第二二极管行102b中的光电二极管。在第一和第二光电二极管行102a和102b的每一行中，交替排列通过电荷读取栅110向第一和第三电荷转移器件101a和101c射出电荷的光电二极管以及通过电荷读取栅110向第二和第四电荷转移器件101b和101d射出电荷的光电二极管。在图7中，第一和第二光电二极管行102a和102b沿箭头所示方向射出电荷。依照施加在第一到第四电荷转移器件101a到101d的电荷转移电极120上的电荷转移信号，将从第一光电二极管行102a射向第一和第二电荷转移器件101a和101b的电荷以及从第二光电二极管行102b射向第三和第四电荷转移器件101c和101d的电荷连续地转移到输出栅103。
图9是沿图7中的线IX-IX所得到的剖面图，而图10是沿图7中的线X-X所得到的剖面图。
在p型衬底116上形成第一和第二电荷转移器件101a和101b和第一光电二极管行102a以及其他电荷转移器件和光电二极管行。第一光电二极管行102a包括光电二极管n型阱118和在光电二极管n型阱118上形成的p型扩散层119，并且产生在数量上与接收到的光的能量成正比的电荷。
如图9和图10所示，在第一光电二极管行102a与第一和第二电荷转移器件101a和101b中的一个之间，以及在第一光电二极管行102a的相对侧的第一和第二电荷转移器件101a和101b的外侧，形成包括p+扩散层的p+沟道截断物，以便阻止电荷的运动。
电荷读取栅110在将电荷读取栅信号施加在其上时，升高位于其下的p型衬底116的表面的电位，并向第一或第二电荷转移器件101a或101b输出在第一光电二极管行101a中所产生的电荷。在图9中，通过在其下面未形成p+沟道截断物115的电荷读取栅110，向第一电荷转移器件101a输出在第一光电二极管102a中产生的电荷，而在图10中，通过在其下面未形成p+沟道截断物115的电荷读取栅110，向第二电荷转移器件101b输出在第一光电二极管102a中产生的电荷。
将电荷转移信号3和4施加在第一光电二极管行102a位于其间且彼此面对的第一和第二电荷转移器件101a和101b中的电荷转移电极120上。电荷转移信号3和4是具有彼此翻转的相位或彼此相差半个周期的相位的两个相位驱动信号。
图11是图7中区域A的放大平面图，图12是位于区域A中图11所描述的部分下方的下层的平面图，而图13是沿图11中的线XIII-XIII所得到的剖面图。
如图11所示，输出栅103包括三个栅电极103a、103b和103c，这三个栅电极103a、103b和103c包括由多晶硅组成的第一或第二层。
在第一和第二电荷转移器件101a和101b中，将电荷转移信号3和4施加在电荷转移电极120上以移动电荷。在第三和第三电荷转移器件101c和101d中，将电荷转移信号1和2施加在电荷转移电极120上以移动电荷。输出栅130将已通过第一到第四电荷转移器件101a到101d转移过来的电荷输出到电荷检测电容器106中。
如图12所示，在图7所示的区域A中的下层中，在第一到第四电荷转移器件101a到101d之间形成p+沟道截断物115。紧靠在图12中以虚线表示的输出栅130的下面，在第一级栅电极103a和部分第二级栅电极103b的上方形成p+沟道截断物115。通过在部分第二级栅电极103b的上方形成p+沟道截断物115，将能够防止通过电荷转移器件转移过来的电荷侵入到其他电荷转移器件中。
如图13所示，输出栅103包括三个栅电极103a、103b和103c，以及形成在p型衬底116表面的n型阱113。将预定的电压施加在栅电极103a到103c上，使得栅电极103a到103c具有彼此不同的电位。例如，确定施加在栅电极103a到103c上的电压，从电荷转移器件101a到101d向电荷检测电容器106变高。这样，可以通过第一到第四电荷转移器件101a到101d，将电荷容易地转移给电荷检测电容器106。
图14示出了施加在第一到第四电荷转移器件101a到101d上的信号的时序图。
在接收到两个相位驱动信号1和2或3和4时，第一到第四电荷转移器件101a到101d向输出栅103转移电荷。信号1、2、3和4具有使已通过第一到第四电荷转移器件101a到101d转移过来的电荷通过输出栅103并在彼此不同的定时进入电荷检测电容器106的波形。
在第一到第四电荷转移器件101a到101d中的每一个中，在信号1、2、3和4的下降沿，向输出栅103转移电荷。如图14所示，信号1和2具有共同的周期和彼此翻转的相位，而信号3和4具有与信号1和2相同的周期和彼此翻转的相位。1和3具有以四分之一周期彼此交错的相位，类似地，2和4具有以四分之一周期彼此交错的相位。因此，在信号1到4的周期中，第一到第四电荷转移器件101a到101d中的每一个向电荷检测电容器106输出电荷一次。
复位信号R在1到4的周期中具有四个脉冲。
例如，在时间T1，因为复位信号R的复位脉冲，漏极105和电荷检测电容器106具有共同的电位，并对在时间T1之前从电荷转移器件101b转移过来并进入电荷检测电容器106的电荷进行复位。结果，输出信号具有高电位。
在时间T2，复位信号R的脉冲下降，因此，输出信号保持在初始电位。当信号1在时间T3下降时，通过电荷转移器件101d转移过来的电荷进入电荷检测电容器106。CCD图像传感器100A输出表示依照已经输入到电荷检测电容器106中的电荷量而确定的电压的输出信号。
在第一实施例中，以一半间隔相互交错地排列第一和第二光电二极管行102a和102b中的光电二极管，并将在第一和第二光电二极管行102a和102b中的光电二极管中产生的电荷独立地射向第一和第二电荷转移器件101a和101b，以及第三和第四电荷转移器件101c和101d。通过第一到第四电荷转移器件101a到101d转移过来的电荷在彼此不同的时间通过输出栅103，然后，作为图像输出信号，通过电荷检测电容器106和源输出电路107输出。
在依照第一实施例的CCD图像传感器100A中，通过第一到第四电荷转移器件101a到101d转移过来的电荷进入第一到第四电荷转移器件101a到101d与其相连的电荷检测电容器106，并且以一半间隔相互交错地排列第一和第二光电二极管行102a和102b中的光电二极管。这样，CCD图像传感器100A可以具有比双CCD型CCD图像传感器(参见图2)的分辨率大两倍的分辨率，以及比单CCD型CCD图像传感器(参见图1)的分辨率大四倍，而与包括了以交错排列设置的四个光电二极管的传统CCD图像传感器200E(参见图5)不同，不需要使用用于切换信号的开关。换句话说，CCD图像传感器100A可以具有增强的分辨率，而无需制造较小尺寸的第一到第四电荷转移器件101a到101d。
在传统的CCD图像传感器200E中，将通过两行电荷转移器件转移过来的电荷与通过另两行电荷转移器件转移过来的电荷独立地输入到电荷检测电容器中，并在被输出时，由开关214切换图像输出信号。当使用了多个电荷检测电容器时，即使每个电荷检测电容器在其中接收到了相同的电荷量，由于电荷检测电容器灵敏度的变化以及复位噪声的变化，图像输出信号的电压也可能彼此不同。这种变化对图像的再现性产生了不利的影响。
相反，在第一实施例中，可以通过电荷检测电容器106输出从第一和第二光电二极管行102a和102b中的光电二极管射出的电荷，确保了图像的再现性。
此外，在传统的CCD图像传感器200E中，源输出电路将输入到电荷检测电容器中的电荷转换为电压信号，并通过向其发送了切换信号的开关输出选中的图像输出信号。
在依照第一实施例的CCD图像传感器100A中，源输出电路107将进入电荷检测电容器106的电荷立即转变为电压信号，然后，作为图像输出信号输出。因此，CCD图像传感器100A能够以比传统CCD图像传感器200E更高的速度工作。
在第一实施例中，输出栅103包括三个栅电极103a到103c。在靠近电荷转移器件101a到101d的区域中，将较低的电压施加在栅极电极103a到103c上，而在靠近电荷检测电容器106的区域中，将较高的电压施加在栅极电极103a到103c上。在传统的CCD图像传感器中，输出栅包括两个栅电极。当将从三个或更多行电荷转移器件射出的电荷输入到单一的公共电荷检测电容器中时，靠近电荷检测电容器的区域比靠近紧靠在输出栅下面的电荷转移器件的区域窄，因此，沟道长度过长，而沟道宽度较窄，因而，电荷转移停滞。相反，在第一实施例中，输出栅包括三个栅极电极，以增加紧靠在输出栅下面的电位的阶数，确保电荷的平滑转移。
图15是依照本发明第二实施例的CCD图像传感器中、与图7所示的区域A相对应的区域的放大平面图，而图16是位于该区域中图15所描述的部分下方的下层的平面图。
依照第二实施例的CCD图像传感器100B在结构上与CCD图像传感器100A的区别在于输出栅103的形状，以及位于输出栅103下面的n型阱113的形状。
在第一实施例中，如图12所示，在位于输出栅103下方的层中，p+沟道截断物115延伸到位于紧靠在栅电极103b下面的区域，而在指向电荷检测电容器106的区域中，电荷转移器件101b和101c的n型阱113的宽度变窄。因此，在此区域中，p+扩散层彼此靠近，导致了由于窄沟道效应而引起的电位下降，因此，降低了转移电荷的速率。第二实施例解决了这种问题，并实现了CCD图像传感器较高的工作速率。
第二实施例中的输出栅103包括三个栅极电极103d、103e和103f。与第一实施例类似，要施加在栅极电极103d到103f上的电压从电荷转移器件101a到101d向电荷检测电容器106增加。
从电荷转移器件101a到101d的角度来看，作为第一级的栅电极103d包括两个栅电极103(1)和103(2)。利用与夹在电荷转移器件101a到101d中的两个相邻电荷转移器件之间的区域成一直线的缝隙，形成栅电极103d。
利用凸出到夹在电荷转移器件101a到101d中的两个相邻电荷转移器件之间的区域中的第一级栅电极103d中形成的缝隙中的第一到第三凸出部分122a、122b和122c，形成第二级栅电极103e。还利用在电荷检测电容器106的中心附近的缝隙形成第二级栅电极103e。
利用凸出到电荷转移器件101a到101d中的每一个的中心附近的第二级栅电极103e的缝隙中的第四凸出部分122d，形成第三级栅电极103f。
如图16所示，形成p+沟道截断物115，延伸到位于紧靠第一级栅电极103d下面的区域。第二级栅电极103e的第一到第三凸出部分122a到122c增加位于两个相邻电荷转移器件之间的n型阱113的电位，从而防止通过任何一个电荷转移器件转移过来的电荷与通过其他电荷转移器件转移过来的电荷混合。第三级栅电极103f的第四凸出部分122d增加了输出栅103的中心附近的电位，从而防止了由于沟道长度的增加而引起的电荷转移速率的下降，确保向电荷检测电容器106平滑地转移电荷。
在第二实施例中，第二级栅电极103e的第一到第三凸出部分122a到122c增加了紧靠在其下的电位，从而防止通过任何一个电荷转移器件转移过来的电荷与通过其他电荷转移器件转移过来的电荷混合。第三级栅电极103f的第四凸出部分122d增加了输出栅103的中心附近的电位，从而防止了由于第一到第三凸出部分122a到122c对沟道长度的增加而引起的电荷转移速率的下降。由于在第一和第二级栅电极103d和103e所形成的缝隙中形成第一到第三凸出部分122a到122c中的每一个，n型阱113并未出现在衬底的表面，不会阻止电荷的转移。
如先前所述，在第一实施例中，通过在紧靠在输出栅下面的两个相邻电荷转移器件之间形成p+沟道截断物115，来防止电荷相互混合。但是，第一实施例可能带来的问题是，p+沟道截断物115相互之间非常近，从而引起了窄沟道效应，因此，可能会降低转移电荷的速率。
相反，在第二实施例中，紧靠在输出栅103下面，增加两个相邻电荷转移器件之间的电位，从而易于朝向电荷检测电容器转移电荷，以防止电荷的混合。如图16所示，电荷转移器件101b和101c的n型阱113可以在输出栅103的附近具有较宽的宽度，防止由于窄沟道效应所引起的电荷转移速率的下降。因此，依照第二实施例的CCD图像传感器能够以比依照第一实施例的CCD图像传感器更高的速率工作。
图17是依照本发明第三实施例的CCD图像传感器的平面图。
依照第三实施例的CCD图像传感器100C在结构上与依照第一和第二实施例的CCD图像传感器100A和100B的区别在于，CCD图像传感器100C包括一行电荷转移器件101f来代替两行电荷转移器件101b和101c，并将通过三行电荷转移器件101a、101d和101f中的任何一个转移过来的电荷输入到电荷检测电容器106中。
例如，第一和第二光电二极管行102a和102b中的光电二极管沿箭头所示的方向射出电荷。可以用与第三实施例中相同的三行电荷转移器件代替CCD图像传感器100A和100B中的四行电荷转移器件。
图18是依照本发明第四实施例的CCD图像传感器的平面图。
依照第四实施例的CCD图像传感器100D在结构上与依照第一和第二实施例的CCD图像传感器100A和100B的区别在于，交错排列地设置第一和第二光电二极管行102c和102d中的光电二极管，类似地，交错排列地设置第三和第四光电二极管行102e和102f中的光电二极管。以一半间隔、相互交错地排列第一光电二极管行102c中的光电二极管和第二光电二极管行102d中的光电二极管，类似地，以一半间隔、相互交错地排列第三光电二极管行102e中的光电二极管和第四光电二极管行102f中的光电二极管。
如果以图3所示的两个光电二极管的交错排列代替图2所示的双CCD型排列来排列图7所示的光电二极管行102a中的光电二极管，则获得了第一和第二光电二极管行102c和102d。如果以两个光电二极管的交错排列代替双CCD型排列来排列图7所示的光电二极管行102b中的光电二极管，则获得了第三和第四光电二极管行102e和102f。以四分之一(1/4)间隔相互交错排列第一光电二极管行102c中的光电二极管和第三光电二极管行102e中的光电二极管。即，以CCD图像传感器200D中的四分之一间隔、彼此交错地排列第一到第四光电二极管行102c、102d、102e和102f中的光电二极管。
其中彼此交错地排列了第一到第四光电二极管行102c到102f中的光电二极管的CCD图像传感器100D能够表现出比包括具有与二极管之间的间隔相对应的公共长度的电荷转移器件的单CCD型CCD图像传感器的分辨率高四倍的分辨率，而与包括其中彼此交错地排列了光电二极管的四个光电二极管行的传统CCD图像传感器200E不同，不需要开关。这样，CCD图像传感器100D可以具有增强的分辨率，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件。
图19是依照本发明第五实施例的CCD图像传感器的平面图。
依照第五实施例的CCD图像传感器100E在结构上与上述第一到第四实施例的区别在于，还具有第一和第二电荷排放器123A和123B，并且具有包括彼此具有不同大小的光电二极管的光电二极管行。
第一电荷排放器123A夹在第一和第二光电二极管行之间，而第二电荷排放器123B位于电荷读取栅110的相对侧，与第三光电二极管行102g相邻。第一和第二电荷排放器123A和123B排出在第一到第三光电二极管行102c、120d和102g中的光电二极管中产生的电荷。
如果以图1所示的单CCD型排列代替图3所示的两个光电二极管的交错排列设置图18所示的光电二极管行102e和102f中的光电二极管，则获得了第三光电二极管行102g。
例如，第一和第二光电二极管行102c和102d中的光电二极管在尺寸上为相对于第三光电二极管行102g中的光电二极管的一半。
设计CCD图像传感器100E以具有以其读取出图像的指定分辨率，并有选择地输出根据从第一和第二光电二极管行102c和102d射出的电荷以及从第三光电二极管行102g射出的电荷而产生的图像输出信号。
如果在CCD图像传感器100E中选择低分辨率，第一电荷排放器123A在接收到从控制电路(未示出)发出的命令信号时，排出在第一和第二光电二极管行102c和102d中产生的电荷。因此，即使将电荷读取脉冲施加在电荷读取栅110上，并不向第一和第二电荷转移器件101a和101b输出从光电二极管射出的电荷。将从包括大型光电二极管在内的第三光电二极管行102g射出的电荷，通过电荷读取栅110和第三电荷转移器件101d输入到电荷检测电容器106中，然后，作为具有低分辨率的图像信号输出。
如果在CCD图像传感器100E中选择高分辨率，第二电荷排放器123B在接收到从控制电路(未示出)发出的命令信号时，排出在第三光电二极管行102g中产生的电荷。因此，即使将电荷读取脉冲施加在电荷读取栅110上，并不向第三电荷转移器件101d输出从光电二极管射出的电荷。将从包括其中以交错排列设置的光电二极管的两个光电二极管行在内的第一和第二光电二极管行102c和102d射出的电荷，通过电荷读取栅110和第一和第二电荷转移器件101a和101b输入到电荷检测电容器106中，然后，作为具有高分辨率的图像信号输出。
可以将通过三行或更多行电荷转移器件转移过来的电荷输入到单一的电荷检测电容器106中，而且与依照第五实施例的CCD图像传感器100E一样，将电荷发射到第一和第二电荷转移器件101a和101b中的光电二极管以及将电荷发射到第三电荷转移器件101d中的光电二极管可以在尺寸上彼此不同。依照读取图像所需的分辨率，可以选择高或低分辨率。
在上述第一到第五实施例中，输出栅103包括三个栅电极。作为选择，输出栅103可以包括四个或更多栅电极。
在上述第一到第五实施例中，电荷转移电极120和栅电极103a到103c包括两层多晶硅电极。作为选择，它们可以包括除多晶硅之外的材料。
在上述第一到第五实施例中，将两个相位驱动信号用作电荷转移信号。作为选择，可以使用其他信号，如果该信号使通过电荷转移器件转移过来的电荷在彼此不同的定时被输入到电荷检测电容器中。
设计依照第二实施例的CCD图像传感器100B，以具有以下结构，其中利用夹在两个相邻电荷转移器件之间的区域中的缝隙，形成初始级栅电极，并利用适合于该缝隙的凸出部分形成下一级栅电极，以便防止通过任何一个电荷转移器件转移过来的电荷与通过其他电荷转移器件转移过来的电荷相互混合。可以将这种结构应用于其中从单一的电荷检测电容器输出通过两个电荷转移器件转移过来的电荷的CCD图像传感器，在这种情况下，可以利用缝隙形成初始级栅电极，并且可以利用凸出部分形成第二级栅电极，以防止P+扩散层相互靠近，而导致转移电荷的速率的下降。
设计依照第五实施例的CCD图像传感器100E，以包括在将电荷射向电荷转移器件之前排出电荷的第一和第二电荷排放器123A和123B。如果在电荷通过输出栅之前，电荷排放器排出从未选中的光电二极管行射出的电荷，不总是需要将电荷排放器设置在光电二极管附近。例如，可以在电荷转移器件中或在电荷转移器件的末端设置电荷排放器。
权利要求
1.一种电荷耦合器件图像传感器，包括(a)至少四个电荷转移器件，每一个均沿列方向转移信号电荷；(b)电荷检测电容器，在彼此不同的定时通过所述电荷转移器件与其相连的输出栅，从所述电荷转移器件中接收信号电荷；以及(c)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中存储的信号电荷。
2.按照权利要求1所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于所述输出栅包括沿转移所述信号电荷的方向排列的三级栅电极。
3.按照权利要求2所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于中间级栅电极具有朝向初始级栅电极凸出的凸出部分。
4.按照权利要求1、2或3所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于还包括延伸在相互相邻放置的电荷转移器件之间的二极管行，所述二极管行包括第一组光电二极管，向所述电荷转移器件之一提供信号电荷；第二组光电二极管，向所述电荷转移器件中的另一个提供信号电荷，交替地排列属于所述第一组的光电二极管和属于所述第二组的光电二极管。
5.按照权利要求4所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于以互不相同的间隔排列延伸在一对电荷转移器件之间的第一二极管行和延伸在另一对电荷转移器件之间的第二二极管行。
6.按照权利要求1、2或3所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于还包括延伸在相互相邻放置的电荷转移器件之间的第一二极管行和第二二极管行，其中所述第一二极管行向所述电荷转移器件之一提供信号电荷，而所述第二二极管行向所述电荷转移器件中的另一个提供信号电荷，和以一半间隔交错排列所述第一二极管行中的光电二极管和所述第二二极管行中的光电二极管。
7.按照权利要求6所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于以互不相同的间隔排列延伸在一对电荷转移器件之间的两个二极管行和延伸在另一对电荷转移器件之间的两个二极管行。
8.一种电荷耦合器件图像传感器，包括(a)第一、第二和第三电荷转移器件，每一个均沿列方向转移信号电荷；(b)第一二极管行，延伸在所述第一和第二电荷转移器件之间，所述第一二极管行包括向所述第一电荷转移器件提供信号电荷的第一组光电二极管和向所述第二电荷转移器件提供信号电荷的第二组光电二极管，其中交替排列属于所述第一组的光电二极管和属于所述第二组的光电二极管；(c)第二二极管行，延伸在所述第二和第三电荷转移器件之间，所述第二二极管行包括向所述第二电荷转移器件提供信号电荷的第三组光电二极管和向所述第三电荷转移器件提供信号电荷的第四组光电二极管，其中交替排列属于所述第三组的光电二极管和属于所述第四组的光电二极管；(d)电荷检测电容器，在彼此不同的定时通过所述第一到第三电荷转移器件与其相连的输出栅，从所述第一到第三电荷转移器件中接收信号电荷；以及(e)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
9.按照权利要求8所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于所述输出栅包括沿转移所述信号电荷的方向排列的三级栅电极。
10.按照权利要求9所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于中间级栅电极具有朝向初始级栅电极凸出的凸出部分。
11.一种电荷耦合器件图像传感器，包括(a)第一二极管行，包括排成一排的光电二极管；(b)第二二极管行，与所述第一二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列所述第二二极管行中的光电二极管；(c)第一电荷转移器件，转移从所述第一二极管行中的第K个光电二极管接收到的信号电荷，其中K是奇数；(d)第二电荷转移器件，转移从所述第一二极管行中的第L个光电二极管接收到的信号电荷，其中L是偶数；(e)第三电荷转移器件，转移从所述第二二极管行中的第K个光电二极管接收到的信号电荷；(f)第四电荷转移器件，转移从所述第二二极管行中的第L个光电二极管接收到的信号电荷；(g)电荷检测电容器，在彼此不同的定时从所述第一到第四电荷转移器件接收信号电荷；以及(h)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
12.一种电荷耦合器件图像传感器，包括(a)第一二极管行，包括排成一排的光电二极管；(b)第二二极管行，与所述第一二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列所述第二二极管行中的光电二极管；(c)第三二极管行，包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管四分之一的间隔交错排列所述第三二极管行中的光电二极管；(d)第四二极管行，与所述第三二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第二二极管行中的光电二极管四分之一的间隔交错排列所述第四二极管行中的光电二极管；(e)第一到第四电荷转移器件，分别转移从所述第一到第四二极管行中接收到的信号电荷；(f)电荷检测电容器，在彼此不同的定时从所述第一到第四电荷转移器件接收信号电荷；以及(g)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
13.一种电荷耦合器件图像传感器，包括(a)第一二极管行，包括排成一排的光电二极管；(b)第二二极管行，与所述第一二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以相对于所述第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列所述第二二极管行中的光电二极管；(c)第三二极管行，与所述第一和第二二极管行平行延伸，并包括排成一排的光电二极管，以排列所述第一和第二行中的光电二极管的间隔的两倍的间隔排列所述第三行中的光电二极管；(d)第一到第三电荷转移器件，分别转移从所述第一到第三二极管行中接收到的信号电荷；(f)电荷检测电容器，在彼此不同的定时从所述第一到第三电荷转移器件接收信号电荷；以及(g)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷。
14.按照权利要求13所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于还包括第一电荷排放器，向其排出从所述第一和第二二极管行射出的信号电荷；以及第二电荷排放器，向其排出从所述第三二极管行射出的信号电荷，其中激活所述第一和第二电荷排放器之一。
15.一种电荷耦合器件图像传感器，包括(a)多个电荷转移器件，每一个均沿列方向转移信号电荷；(b)电荷检测电容器，在彼此不同的定时通过所述电荷转移器件与其相连的输出栅，从所述电荷转移器件接收信号电荷；以及(c)电荷检测器，检测存储在所述电荷检测电容器中的信号电荷，所述输出栅包括沿转移信号电荷的方向排列的多级栅电极，第二或后面级的栅电极具有朝向前一级栅电极凸出的凸出部分。
16.按照权利要求15所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于所述输出栅包括三级栅电极。
17.按照权利要求16所述的电荷耦合器件图像传感器，其特征在于第二级栅电极具有当从上方观察时位于彼此相邻放置的两个电荷转移器件之间的凸出部分，而第三级栅电极具有当从上方观察时位于电荷检测电容器的中心的凸出部分。
全文摘要
一种CCD图像传感器，包括第一二极管行，包括成一排的光电二极管；第二二极管行，与第一二极管行平行延伸，包括成一排的光电二极管，以第一二极管行中的光电二极管一半的间隔交错排列第二二极管行的光电二极管；第一电荷转移器件，转移接收的第一二极管行的第K个光电二极管的信号电荷，K是奇数；第二电荷转移器件，转移从第一二极管行的第L个光电二极管接收的信号电荷，L是偶数；第三电荷转移器件，转移从第二二极管行的第K个光电二极管接收的信号电荷；第四电荷转移器件，转移从第二二极管行的第L个光电二极管接收的信号电荷；电荷检测电容器，在不同定时接收第一到第四电荷转移器件的信号电荷；电荷检测器，检测电荷检测电容器存储的信号电荷。
文档编号H04N3/15GK1505380SQ20031011952
公开日2004年6月16日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年11月29日
发明者纲井史郎 申请人:恩益禧电子股份有限公司