专利名称：具有较小行－行距离的彩色线性图像传感器及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种彩色线性图像传感器和驱动方法，更具体地讲，是涉及一种能够减少剩余图像而又不会很大增加彩色线性图像传感器的行-行距离的彩色线性图像传感器以及它的驱动方法。
近些年来随个人计算机的普及和对更好性能复印机的要求，对读取彩色图像的彩色线性图像传感器的需求也在不断增加。
这种彩色线性图像传感器一般是以这样的方式构造的三个具有电荷转移功能的CCD线性图像传感器平行排列，具有不同颜色的彩色过滤器，例如R(红)、G(绿)和B(蓝)过滤器，位于每个CCD线性图像传感器的光接收部分阵列之上。
图11是显示这种彩色线性图像传感器的一个实例的完整构造的视图。
在图11中，标号1a,1b和1c代表具有置于其上的RGB彩色过滤器(未示出)的光接收部分；和2a,2b和2c代表用于把在光接收部分中光电转换后存储的信号电荷读出到相邻设置的信号电荷转移部分3a,3b和3c中的信号电荷读出部分。各光接收部分的信号电荷Q1,Q2和Q3被读出到信号电荷转移部分(由白色箭头指示。读出脉冲是φTG1,2和3。脉冲线未示出)。
在CCD线性图像传感器的场合，信号电荷转移部分3a,3b和3c通常包括双相驱动CCD移位寄存器，和用于驱动双相驱动CCD移位寄存器的脉冲线L1,L2,L3,L4和L5(时钟脉冲是φ1或φ2；从脉冲线到每个信号电荷转移部分的连接由一个箭头指示)安排在邻接信号电荷转移部分的位置。
被信号电荷转移部分3a,3b和3c转移的信号电荷由包括一个用于把信号电荷转换成信号电压的浮动扩散区和诸如源跟随器或反相器之类的模拟电路的信号电荷检测部分组成的输出电路4a,4b和4c输出到外部，并得到彩色信号。
图15是显示图11中所示的现有彩色线性图像传感器的驱动方法的时序图。(各种颜色之间是相同的)。
存储光接收部分1a,1b和1c的信号电荷，而此时施加于信号电荷读出部分2a,2b和2c的时钟脉冲φTG1,2和3是低电平。在时钟脉冲是高电平的时间周期T中，信号电荷被读出到规定的信号电荷转移部分3a,3b和3c。
接下来，在这些信号电荷转移部分中，信号电荷被双相时钟脉冲φ1和φ2(彼此相位相反)转移，并从输出电路4a,4b和4c输出。
如果把上述彩色线性图像传感器用于扫描器或复印机，扫描是由具有垂直于其排列方向的彩色过滤器的三个CCD线性图像传感器执行的。因此，为了获得在一个物体规定位置上的图像的彩色信息(例如，RGB)，信号处理必须在从第一行(例如，R)扫描规定位置的终点至第三行(例如，B)扫描的终点的周期中外部地存储了第一和第二行的彩色信息比特并获得三个彩色信息比特之后进行。结果必须使用具有很大容量的外存储器。
例如，在彩色复印机或高分辨率彩色扫描器使用的5300像素×3阵列等级的彩色线性图像传感器的场合，如果把灰度设定为10比特，那么外存储器所需的容量C可以由下面的表达式得到
C=5300×10×(M+1)比特…(1)其中M，以扫描次数的形式，代表光接收部分阵列中两个彼此相邻的光接收部分阵列之间的行-行距离。例如，如果每个R,G和B光接收部分的一个像素的尺寸是8μm×8μm，并且R与G光接收部分阵列之间和G与B光接收部分阵列之间的行-行距离都是64μm，那么可以从下面的表达式获得MM=64μm/8μm…(2)因此，外存储器的容量C是1431000比特。
从表达式(1)可以知道，为了减小外存储器的容量，必须通过减小三个光接收部分阵列之间的距离而减少从第一行(例如，R)扫描终点至第三行(例如，B)扫描终点的周期中的扫描次数。
图12是图11中由虚线X1包围的区域的放大视图。在图中，标号与图11中使用的相同的标号，例如1a和1b，代表相同的元件。标号5代表一个施加了双相时钟脉冲φ1或φ2的铝布线；6代表铝布线5与从构成信号电荷转移部分3a的CCD移位寄存器的两种多晶硅电极11a和11b中选定的一个连接的触点；7代表把CCD移位寄存器的两种多晶硅电极11a和11b连接在一起的触点；8代表一个施加了驱动信号电荷读出部分2a和2b的时钟脉冲的铝布线；9代表一个铝布线8与构成信号电荷读出部分2a和2b的多晶硅电极11b连接的触点；和12代表一个用于把光接收部分和信号电荷转移部分的每个像素隔离的元件隔离区。
光接收部分的一个像素的尺寸是由铝布线5和8之间占据的部分确定的。
信号电荷转移部分3a的光屏蔽通常是由另一种铝布线执行的，但省略了对它的说明。
从图12可以了解，决定行-行距离(从光接收部分1a的中心至光接收部分1b的中心的距离)的主要因素如下(1)光接收部分的一个像素的尺寸；(2)信号电荷读出部分的尺寸；(3)信号电荷转移部分的尺寸；和(4)信号电荷转移部分与它相邻的光接收部分阵列之间的元件隔离区的尺寸(包括脉冲线的尺寸)。
在图12的实例中，行-行距离全部为μm(M=8)，是由下面的尺寸相加获得的光接收部分的一个像素的尺寸是8μm；信号电荷读出部分的尺寸是10μm；信号电荷转移部分的尺寸是18μm；信号电荷转移部分与它相邻的光接收部分阵列之间的元件隔离区的尺寸是25μm；和(2)与(3)之间的连接部分的尺寸是3μm。
关于上述因素(1)至(4)，对于(1)来说，它是不能改变的，因为它是一个固定的像素尺寸。对于(2)，很难把它的尺寸设置到低于10μm，因为必须提供一个区使得用于驱动信号电荷读出部分的时钟布线与构成信号电荷读出部分的多晶硅电极连接。对于(3)，轻易地减小这部分的尺寸将造成特性劣化，因为当这种尺寸减小时，信号电荷转移部分处理的最大信号电荷量将更大地减小，并且输出信号的动态范围也更为缩小。对于(4)，很难改变(减小)它的尺寸，因为如同(2)情况一样，必须提供一个很大的区域(大约25μm)以便通过触点6使作为元件隔离区12上的脉冲线的铝布线5与从信号电荷转移部分3a的两种多晶硅电极选定的一个11b连接，并且通过触点7使两种多晶硅电极也连接在一起。
也就是说，对于(1)至(4)任何一种因素来说，尺寸的改变都是困难的。在图11所示的彩色线性图像传感器中，具有实例所示值的行-行距离实际上是当前最小的。
利用上述方式构造的彩色线性图像传感器，在存储在各光接收部分中的信号电荷被信号电荷读出部分读出到规定的信号电荷转移部分的同时，有一些信号电荷剩下未被读出(剩余不可转移的)。结果产生了剩余图像的问题。下面将参考
这个问题。
图13是沿图12的现有实例的A-A线的剖视图。在本图中，与图12中所用的相同的标号代表相同的元件。现在根据制造过程说明其它构成元件。
标号13代表一个N-型半导体基片。首先通过离子注入硼之类的P-型杂质并随后进行热扩散在这个N-型半导体基片13上形成一个P阱14。接下来，通过离子注入磷或硼之类的N-型杂质并随后进行热扩散形成一个N-型区15。与此相同，通过离子注入磷或硼之类的N-型杂质并随后进行热扩散形成一个N-型区17。然后，通过离子注入P-型杂质形成一个元件隔离区12，并对元件隔离区12和P阱14从外部接受参考电压(0V)。
标号11a和11b代表多晶硅电极，它们是在元件隔离区12形成之后通过利用热氧化膜18作为绝缘膜在晶片上形成的图形。标号16代表一个构成光接收部分的P-型区，它是在多晶硅电极11b形成之后，通过以这个多晶硅电极11b为掩模并自对准于该多晶硅电极11b进行离子注入形成的。在这里，入射的光受到由P-型区16,N-型区15和P阱14构成的PN结的光电转换，并由此实现了光接收部分的操作。此外，P阱14，N-型区17，热氧化膜18和多晶硅电极11a组成了一个埋置沟道型晶体管，并由此构成了信号电荷转移部分3a。标号20代表一个形成铝布线5和8图形所需的平整膜。
图14示出了对于图13的光接收部分1a，信号电荷读出部分2a，信号电荷转移部分3a等的沟道电势。在本图中，由虚线表示的TGoff和实线表示的TGon代表在图15中所示的时序图的TGoff和TGon时间的各部分的沟道电势。
从图14的沟道电势可以知道，当存储在光接收部分1a中的信号电荷Q从那里转移(读出)到信号电荷转移部分3a时，信号电荷Q总是通过存在N-型区15的信号电荷读出部分2a的一个部分2a1。这个部分的沟道电势高于不存在N-型区但存在P阱14的信号电荷读出部分的一个部分2a2的沟道电势。结果，一些信号电荷ΔQ被留在部分2a1中不能转移(不读出)。这些留下不能转移的信号电荷ΔQ将在下一次和其后的信号电荷读出过程中导致剩余图像，因为它们是被一比特接一比特地读出的。
为了消除这种留下不能转移的信号电荷ΔQ，可以使用如图16所示的一种结构，在这种结构中，N-型区15与信号电荷读出部分2a的多晶硅电极隔离，因此防止了N-型区15存在于信号电荷读出部分2a中。但是，既使在这种结构的场合，由于如上所述，P-型区16是与信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b自对准地形成的，因此在光接收部分1a中总是要产生一个具有P-型区16但没有N-型区15的部分1a1。结果，将阻碍信号电荷从光接收部分1a转移到信号电荷读出部分2a。图17中示出了这种情况。图17示出了图16的光接收部分1a，信号电荷读出部分2a和信号电荷转移部分3a等的沟道电势。在本图中，由虚线表示的TGoff和由实线表示的TGon代表在图15的时序图的TGoff和TGon时间的各部分的沟道电势。从图15的沟道电势可以知道，在存在P-型区16但不存在N-型区15的光接收部分1a的一个部分1a1中，沟道电势是0V。结果，由于光接收部分不依赖于施加于信号电荷读出部分2a脉冲的值，所以信号电荷Q不能从其读出到信号电荷转移部分。
为了解决信号电荷被留下不能从信号电荷读出部分转移到信号电荷转移部分和由此产生的剩余图像问题，特开昭平8(1996)-10760中公开了一种利用不同于图13中所示结构实现上述目的的例子。图18和19分别是显示在这里作为参考的特开昭平8(1996)-10760的图6和7的视图。但是在图18和19中为特开昭平8(1996)-10760的图6和7的每个标号加上了数字100。这个相关例子与上述现有实例的不同之处在于，等价于图13中所示实例的光接收部分1a的一个光电转换部分112与一个电荷存储部分113是相互隔离的，并且这个电荷存储部分113安排在光电转换部分112与一个传输门部分114之间。分别自对准于一存储门电极107和存储门及传输门电极107和108形成一个用于构成光电转换部分112的P-型区104和一个用于构成传输门部分114的P-型区105。因此，如图19中所示，在从光电转换部分112至低于CCD移位寄存器的一个门电极109-1a的区域中，不存在其中形成了沟道势阱的部分(例如，图14的部分2a1)或形成了沟道势垒的部分(例如，图17的部分1a1)。因此没有信号电荷被留下不能转移，并且没有剩余图像产生。在相关技术的这个例子中，一个足以使低于存储门电极107的基片表面电势等于基片电势(例如，0V)的负电压(例如，-8V)被施加到存储门电极107。这是因为，为了平稳地把信号电荷从光电转换部分112转移到CCD移位寄存器的门电极109-1a之下，当施加一个高电平电势时使存储门下方的沟道电势ΦST设定为深于光电转换部分112的沟道电势ΦPD和浅于传输门电极108下方的沟道电势ΦTGH。因而可以明白，只要每个沟道电势(ΦPD,ΦST和ΦTGH)满足ΦTGH＞ΦST＞ΦPD，施加于存储门电极107或传输门电极108的电势可以任意改变。
但是，如果上述彩色线性图像传感器是利用相关技术的这个例子的结构构成的，那么行-行距离比图11和12中所示的现有彩色线性图像传感器的要大大增加。现在参考附图对这个问题进行说明。
图20是显示利用相关技术的例子中所示结构的线性图像传感器构造的一个彩色线性图像传感器的例子的完整构造图。在本图中，与图11中所用的相同标号代表相同的元件。在图20中，标号10a至10c代表施加了直流电压VST的信号电荷存储部分。标号L6至L11代表驱动信号电荷转移部分3a至3c的CCD移位寄存器的脉冲线。(时钟脉冲是φ1或φ2用一个箭头指示从脉冲线到每个信号电荷转移部分的连接)。
比较图20和11可以知道，本例的彩色线性图像传感器与图11中所示的现有实例的彩色线性图像传感器之间在结构上的差别取决于，在彼此相邻的彩色光接收部分之间，例如，1a与1b之间，除了存在分别邻接于各颜色的光接收部分的信号电荷转移部分外，仅存在一个或两个用于驱动信号转移部分，例如3a，的CCD移位寄存器的脉冲线。为进一步说明这种差别，进行图12与图20中间断线X2所包围区域的放大图，图21，之间的比较。
在图21中，与图12和20中所用的相同的标号代表相同的元件。在图12中，从构成信号电荷转移部分3a的两种多晶硅电极11a和11b中选定的并且与信号电荷转移部分2a的多晶硅电极11b相邻的多晶硅电极11a通过触点7与另一个多晶硅电极11b在信号电荷转移部分3a的不存在光接收部分1a的一侧中的一个沟道截断环12上连接。这个多晶硅电极11b通过触点6与施加了时钟脉冲φ1的脉冲线L2的铝布线5连接。对于构成信号电荷转移部分3a的剩余多晶硅电极11a和11b，安排在光接收部分1a的不存在信号电荷转移部分3a的一侧的脉冲线L1(时钟脉冲是φ2)的铝布线5通过触点6与多晶硅电极11a连接。这个多晶硅电极11a本身作为从脉冲线L1到信号电荷转移部分3a的布线在沟道截断环12上通过，并与信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a连接。然后，这个多晶硅电极11a通过触点7在信号电荷转移部分3a的不存在光接收部分1a的一侧中的沟道截断环12上与剩下的多晶硅电极11b连接。必须注意，在沟道截断环12上从脉冲线L1通过之后，多晶硅电极11a可以直接与信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a连接，因为信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b和在沟道截断环12上与前者相交的多晶硅电极11b不是相同的多晶硅电极。对于其它两种颜色的光接收部分1b和1c，信号电荷读出部分2b和2c以及信号电荷转移部分3b和3c，从两种多晶硅电极中选定的一个(11b)也可以作为布线在隔离光接收部分的每个像素的沟道截断环12上通过。因此，在这个现有的例子中，在彼此相邻的光接收部分之间仅需要安排一个施加了时钟脉冲φ2的脉冲线。
另一方面，在图21所示的彩色线性图像传感器的场合，与图12的例子的不同之处是，在光接收部分1a与信号电荷读出部分2a之间提供了一个信号电荷存储部分10a。对于用来构成这个信号电荷存储部分10a的一个多晶硅电极来说，不能使用与信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b相同的那个(如果使用了相同的电极，在两者间将明显地产生短路或间隙)。因此，必需使用两种多晶硅电极中剩下的一个11a。因而，与图12的例子不同，施加了时钟脉冲φ2的脉冲线不能安排在光接收部分的不存在信号电荷转部分的一侧，并因此多晶硅电极11a不能在隔离光接收部分1a的每个像素的沟道截断环上通过，以便与信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a连接。为此原因，必须像施加了时钟脉冲φ1的脉冲线L6一样，将施加了时钟脉冲φ2的脉冲线L7安排在信号电荷转移部分3a和与其相邻的彩色光接收部分1b之间。结果，在图21的彩色线性图像传感器中，由于必须将用于驱动信号电荷转移部分3a的CCD移位寄存器的两个脉冲线设置在彼此相连的光接收部分之间，例如，1a和1b之间，因此与图12中所示的现有例子相比，彼此相邻的光接收部分之间的行-行距离更加增大了。具体地讲，行-行总体距离是96μm，它是由以下尺寸相加得到的(1)光接收部分的一个像素的尺寸是8μm；(2)信号电荷读出部分的尺寸是10μm；(3)信号电荷转移部分的尺寸是18μm；(4)信号电荷转移部分与它相邻的光接收部分阵列之间的元件隔离区的尺寸(包括两个脉冲线的尺寸)是49μm；(5)信号电荷存储部分的尺寸是8μm；和(6)(2)与(3)之间的连接部分的尺寸是3μm。这些尺寸是根据用于计算图12的现有实例的行-行距离的因素的数值获得的。与图12现有实例相比，这个距离增加了50％。因此，利用本例，可以减少剩余图像，但它并不适合于彩色线性图像传感器。
根据本发明的一个方面，提供了一种具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其包括，在一半导体基片上多个光接收部分阵列；分别相邻于各光接收部分的信号电荷存储部分；分别相邻于各信号电荷存储部分的信号电荷读出部分；和用于将信号电荷读出部分从信号电荷存储部分读出的信号电荷转移到信号电荷转换部分的信号电荷转移部分。在这种情况下，每个信号电荷读出部分包括一个有选择地形成在一个P-型(或N-型)半导体阱表面中的N-型(或P-型)区，一个有选择地形成在N-型(或P-型)区表面中的第一P-型(或N-型)区，和一个在叠加了一个栅绝缘膜的第一P-型(或N-型)区上形成的电极。信号电荷读出部分的电极与一个构成相邻于信号电荷读出部分的信号电荷转移部分的一部分的电极电连接。使两个电极的驱动脉冲相同(φ1(TG))。施加于构成信号电荷存储部分的一个电极的不是直流电压而是脉冲。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其包括，在一半导体基片上多个光接收部分阵列；分别相邻于各光接收部分的信号电荷存储部分；分别相邻于各信号电荷存储部分的信号电荷读出部分；和用于将信号电荷读出部分从信号电荷存储部分读出的信号电荷转移到信号电荷转换部分的信号电荷转移部分。在这种情况下，每个信号电荷读出部分包括一个有选择地形成在一个P-型(或N-型)半导体阱表面中的N-型(或P-型)区，一个有选择地形成在N-型(或P-型)区表面中的第一P-型(或N-型)区，和在叠加了一个栅绝缘膜的第一P-型(或N-型)区上形成的电极。一个构成信号电荷存储部分的电极与一个构成不与信号电荷读出部分相邻的信号电荷转移部分的一部分的电极电连接。向两个电极施加的不是直流电压而是共同的驱动脉冲φ2(ST)。
利用上述两种方式构成的彩色线性图像传感器，可以减少剩余图像，而不会很大地增加相邻光接收部分阵列之间的行-行距离。
在阅读了以下的详细说明及附图后将对本发明的这些和其它目的、特征和优点有更清除的了解，其中图1是根据本发明的第一实施例的一种彩色线性图像传感器的完整构造图；图2是图1中间断线X3包围区域的放大图；图3是沿C-C线的剖面图4是沿图2的D-D线的剖面图；图5是图1至4中所示的第一实施例的时序图；图5是图3和4的剖面图的各部分在时间(t1-t7)的沟道电势图；图6是根据本发明的第二实施例的一种彩色线性图像传感器的完整构造图；图7是图6中间断线X4包围区域的放大图；图8是沿E-E线的剖面图；图9是沿图7的F-F线的剖面图；图10是图6至9中所示第二实施例的时序图，和图8和9的剖面图的各部分在时间(t1-t5)的沟道电势图；图11是一种现有彩色线性图像传感器的完整构造图；图12是图11中间断线X1包围区域的放大图；图13是图12中所示现有彩色线性图像传感器的沿A-A线的剖面图；图14是图13的一个光接收部分1a，一个信号电荷读出部分2a或一个信号电荷转移部分3a的沟道电势图；图15是显示图11中所示现有彩色线性图像传感器的驱动方法的时序图；图16是没有如图13中所示的N-型区的现有彩色线性图像传感器的剖面图；图17是如图16中所示的沟道电势图；图18是显示特开昭平8(1996)-10760的图6的视图；图19是显示特开昭平8(1996)-10760的图7,6的视图；图20是利用特开昭平8(1996)-10760中公开的线性图像传感器构成一个彩色线性图像传感器的例子的完整构造图；和图21是图20中虚线X2包围区域的放大图。
以下参考附图对本发明的优选实施例进行说明。
首先参考图1，图1是根据本发明的第一实施例的一种彩色线性图像传感器的完整构造图。在本图中，与图11中所用的相同的标号代表相同的元件。
根据第一实施例，信号电荷存储部分10a,10b和10c分别设置在各彩色光接收部分1a,1b和1c与信号电荷读出部分2a,2b和2c之间。将时钟脉冲φST施加到信号电荷存储部分10a,10b和10c。构成信号电荷读出部分2a,2b和2c的电极与构成相邻于信号电荷读出部分的信号电荷转移部分3a,3b和3c的一部分的电极电连接。将脉冲φ1(TG)施加到信号电荷读出部分2a,2b和2c(未示出脉冲线)。标号L12,L13和L14代表施加了从施加到信号电荷转移部分3a,3b和3c的双相脉冲选出的并且不同于φ1(TG)的脉冲φ2的脉冲线。
参考图2，图2示出了图1中虚线X3包围区域的放大图。在本图中，与图1和12所用的相同的标号代表相同的元件。如图2中所示，根据第一实施例，一个构成信号电荷存储部分10a的电极是由与从构成信号电荷转移部分3a的两种多晶硅电极11a和11b选出的与一个多晶硅电极11a相同的电极组成的。一个时钟脉冲φST施加于信号电荷存储部分10a。一个构成邻近信号电荷存储部分10a的信号电荷读出部分2a的电极是由一个多晶硅电极11b组成的。这个多晶硅电极11b直接连接于构成信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11b的一部分(由斜线指示的部分)。此外，构成信号电荷读出部分2a的电极11b通过触点7与它的相邻信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a电连接。一个时钟脉冲φ1(TG)施加于信号电荷读出部分2a。在这里，对于施加了时钟脉冲φ1(TG)的铝布线8，不像图12中所示的现有实例，为了不仅驱动信号电荷读出部分2a而且也驱动具有300至500PF电容量的信号电荷转移部分3a，应当事先通过将它的宽度设置为等于用于把时钟脉冲φ2施加到信号电荷部分3a的铝布线5的宽度，例如15至20μm，以减小布线的电阻。
如果根据用于计算图12和21所示的现有实例的行-行距离的各因素的数值计算第一实施例中彼此相邻的光接收部分之间的行-行距离，它总共是72μm(M=9)。具体地说，这个总行-行距离72μm是把以下尺寸相加得到的(1)光接收部分的一个像素的尺寸是3μm；(2)信号电荷读出部分的尺寸是10μm；(3)信号电荷转移部分的尺寸是18μm；(4)信号电荷转移部分与它的相邻光接收部分阵列之间的元件隔离区的尺寸(包括一个脉冲线的尺寸)是25μm；(5)信号电荷存储部分的尺寸是8μm；和(6)(2)与(3)之间连接区的尺寸是3μm。这个行-行距离72μm是一个比具有图21中所示的信号电荷存储部分的现有实例的行-行距离低33.3％的值。与图12中所示的没有信号电荷存储部分的现有实例的行-行距离相比，它仅仅大12.5％。应当注意，在构成元件的安排中，施加到信号电荷读出部分和信号电荷转移部分的脉冲φ1(TG)的脉冲线(铝绕组线8)被设置在信号电荷存储部分、信号电荷读出部分、信号电荷转移部分及其有关的连接区的上部之上时，它包括在行-行距离中。
以下通过参考图3和4说明第一实施例的制造方法。在分别是沿图2的C-C和D-D线的剖面图的图3和4中，与图2和13中所用的相同的标号代表相同的元件。在图中，标号13代表一个N-型半导体基片。在N-型半导体基片13上，首先通过离子注入例如具有1012至1013/cm2浓度的硼之类的P-型杂质并在大约1200℃的高温进行十小时左右的热扩散形成P阱14。接下来，通过以大约100KeV的能量向形成光接收部分1a、信号电荷存储部分10a、信号电荷读出部分2a和信号电荷转移部分3a的规定位置离子注入大约1012/cm2浓度的磷或硼之类的N-型杂质，并在大约1000℃的高温进行三小时左右的热扩散，形成一个N-型区21。然后，通过以大约50KeV的能量离子注入大约1012/cm2浓度的P-型杂质，在规定位置形成一个元件隔离区12。对于元件隔离区12和P阱14，从外部接受参考电势(0V)。标号11a和11b代表具有400至500nm厚度的多晶硅电极，它们是在上述元件隔离区12形成之后通过利用大约100nm厚的热氧化膜18作为绝缘膜，构图形成在晶片上的。标号16代表一个用于构成光接收部分1a的P-型区。这个P-型区16是在多晶硅电极11a形成之后，利用多晶硅电极11a作为掩模并且自对准于多晶硅电极11a，以大约40KeV的能量，在N-型区21的表面上离子注入大约1012/cm2浓度的硼之类的P-型杂质而形成的。入射光受到一个PN结的光电转换，该PN结是由P-型区16，N-型区21和P阱14构成的，并且作为一个光接收部分操作。P阱14,N-型区21，热氧化膜18和多晶硅电极11a构成一个埋置沟道型晶体管，信号电荷存储部分10a和信号电荷转移部分3a。以规定的时序向构成信号电荷存储部分10a的多晶硅电极11a施加时钟脉冲φST。标号19代表一个用于构成信号电荷读出部分2a的P-型区。这个P-型区19是通过利用分别构成信号电荷存储部分10a和信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a作为掩模，以大约30KeV的能量，并且自对准于各多晶硅电极11a，在N-型区21表面离子注入大约1011/cm2浓度的硼之类的P-型杂质而形成的。根据上述制造方法构造的第一实施例，构成信号电荷读出部分2a的P-型区19是自对准于彼此相邻的信号电荷存储部分10a和信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a形成的。因此，信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b之下的沟道电势保持了均匀，并且没有像图14中所示的那些其中沟道电势相互不同的部分(2a1,2a2)存在。因此，当通过信号电荷读出部分2a把信号电荷从信号电荷存储部分10a读出到信号电荷转移部分3a时，没有留下不能转移的信号电荷，因而不产生剩余图像。以下将说明第一实施例的这种情况和操作。
参考图5，图5示出了图1至4中所示的第一实施例的时序图，和在时间(t1至t7)的图3和4的剖面图的各部分的沟道电势。在直到时间t1的周期中入射到光接收部分1a的光受到光电转换，并被存储在信号电荷存储部分10a中。在时间t2(信号电荷Qi)，向信号电荷读出部分2a的有关多晶硅电极11b施加脉冲φ1(TG)，与其连接的信号电荷转移部分3a从低电平变为高电平，并且将存储的信号电荷Qi通过信号电荷读出部分2a转移到信号电荷转移部分3a。在这里，信号电荷读出部分2a的多晶硅电极的下方，P-型区19自对准于彼此相邻的信号电荷存储部分10a和信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a形成在N-型区21的表面中。因此，它的沟道电势是均匀的。因而，在时间t2，在信号电荷Qi从信号电荷存储部分10a转移到信号电荷转移部分3a的过程中不存在其中有剩余的不可转移的信号电荷的部位。
在时间t3和其后，光接收部分1a中受到光电转换的行的下一行的信号电荷qi逐渐地存储在信号电荷存储部分10a中(信号电荷量与存储时间成正比)。在信号电荷转移部分3a中，具有彼此相反相位的脉冲φ1(TG)和φ2将信号电荷Qi转移。在信号电荷的转移周期中(t1至t7和其后)，施加到信号电荷存储部分10a的脉冲φST应当设定为等于脉冲φ1(TG)的电势或更高。这是为了防止要转移的信号电荷Qi与要存储的下一行的信号电荷qi之间的混合，这里利用了这样一个事实，因为信号电荷读出部分2a具有如上所述的提供在N-型区12表面中的P-型区19，如果施加的电压相等，它的沟道电势总是比相邻的信号电荷存储部分10a的沟道电势低一个等价于P-型区19的存在的量(电势差是VB)。也就是说，根据第一实施例，存储在信号电荷存储部分10a中的电荷的最大量是由这个电势差VB确定的。
以下说明本发明的第二实施例。参考图6，图6是一个完整的构造图，示出了本发明的一种彩色线性图像传感器的第二实施例。在图中，与图1中所用的相同的标号代表相同的元件。在第二实施例中，信号电荷存储部分10a,10b和10b分别设置在各颜色的光接收部分1a,1b和1c与信号电荷读出部分2a,2b和2c之间。这些信号电荷存储部分10a,10b和10c与构成不相邻于各信号电荷读出部分的信号电荷转移部分3a,3b和3c的一部分的电极电连接。将脉冲φ2(ST)施加到信号电荷存储部分10a,10b和10c。标号L15和L19代表施加脉冲φ2(ST)的脉冲线。标号L16,L17和L18代表施加了从施加到信号电荷转移部分3a,3b和3c的双相脉冲中选出的并且不同于φ2(ST)的脉冲φ1的脉冲线。
参考图7，图7示出了图6中间断线X4包围的区域的放大图。在图中，与图6和2中所用的相同的标号代表相同的元件。如图7中所示，在第二实施例中，构成信号电荷存储部分10a的电极与从构成信号电荷转移部分3a的两种多晶硅电极11a和11b选出的一个多晶硅电极11a相同。在元件隔离区12上，这个电极直接与构成不相邻于信号电荷读出部分2a的信号电荷转移部分3a的一部分的多晶硅电极11a以及构成脉冲线L15的一个多晶硅电极11a电连接(由斜线指示的部分)。将一个时钟脉冲φ2(ST)施加到这个电极。构成相邻于信号电荷存储部分10a的信号电荷读出部分2a的一个电极与多晶硅电极11b相同。像现有实例的情况一样，把一个信号电荷读出脉冲φTG施加到这个电极。
在第二实施例中，彼此相邻的光接收部分之间的行-行距离总共是72μm(M=9)，它是像图2中所示的第一实施例的情况一样，通过将以下的尺寸相加而计算出来的(1)光接收部分的一个像素的尺寸是8μm；(2)信号电荷读出部分的尺寸是10μm；(3)信号电荷转移部分的尺寸是18μm；(4)信号电荷转移部分与它的相邻的光接收部分阵列之间的元件隔离区的尺寸(包括一个脉冲线的尺寸)是25μm；(5)信号电荷存储部分的尺寸是8μm；和(6)(2)与(3)之间的连接区的尺寸是3μm。显然，可以获得等于第一实施例的行-行距离。
以下通过参考图8和9说明第二实施制造方法。在分别是沿图7的E-E和F-F线的剖面图的图8和9中，与图7和图3和4中所用的相同的标号代表相同的元件，并且其制造方法与前面参考第一实施例说明的相同。
根据用上述制造方法制造的第二实施例，如同第一实施例的情况一样，与构成彼此相邻的信号电荷存储部分10a和信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a自对准地形成一个构成信号读出部分2a的P-型区19。因此，信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b下方的沟道电势保持了均匀，并且没有像图14中所示的那些其中沟道电势相互不同的部分(2a1,2a2)存在。因此，当通过信号电荷读出部分2a把信号电荷从信号电荷存储部分10a读出到信号电荷转移部分3a时，没有信号电荷留下不能转移，并且不产生剩余图像。现在说明第二实施例的这种情况和操作。
参考图10，图10示出了图6至9中所示的第二实施例的时序图，和在时间(t1至t5)的图8和9的剖面图的各部分的沟道电势。在直到时间t1的周期中使入射到光接收部分1a的光受到光电转换，并随后存储在信号电荷存储部分10a中。在时间t2(信号电荷Qi)，施加到信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b脉冲φTG从低电平变为高电平，并且存储的信号电荷Qi通过信号读出部分2a转移到信号电荷转移部分3a。在这里，在信号电荷读出部分2a的多晶硅电极11b之下，与彼此相邻的信号电荷存储部分10a和信号电荷转移部分3a的多晶硅电极11a自对准地在N-型区21的表面中形成P-型区19。因而，使它的沟道电势保持了均匀。因此，在时间t2，在信号电荷Qi从信号电荷存储部分10a转移到信号电荷转移部分3a的过程中，不存在信号电荷被留下不能转移的地方。
在时间t3和其后，光接收部分1a中受到光电转换的行的下一行的信号电荷qi逐渐地存储在信号电荷存储部分10a中(信号电荷量与存储时间成正比)。在信号电荷转移部分3a中，信号电荷Qi被具有彼此相反相位的脉冲φ1和φ2(ST)转移。在信号电荷转移过程中(t3至t5及其后)，信号电荷转移脉冲φ2(ST)也施加于信号电荷存储部分10a。但是，由于与第一实施例的情况不同，施加到与信号电荷存储部分10a相邻的信号电荷读出部分2a的脉冲φTG被保持在低电平，在要转移的信号电荷Qi与要存储的下一行的信号电荷qi之间不会发生混合。这归因于这样的事实，由于信号电荷读出部分2a具有如上所述的制造在N-型区21表面中的P-型区19，如果施加的电压彼此相等，那么沟道电势总是比相邻的信号电荷存储部分10低一个等价于P-型区19存在的量(电势差是VB)。也就是说，与第一实施例相比，由于脉冲线连接于用于隔离光接收部分1a的各元件的元件隔离区12上的信号电荷存储部分10的多晶硅电极11a，所以第二实施例存在着光接收部分的有效区域(光接收部分的不是元件隔离区的部分的区域)上的限制。但是，第二实施例的优点在于，在信号电荷的转移过程中，施加到信号电荷读出部分2a的脉冲与施加到信号电荷存储部分10a的脉冲之间没有时序的限制。
如同上述实施例中举例说明的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，包括，在一个半导体基片上多个光接收部分阵列；相邻于各光接收部分的信号电荷存储部分；相邻于信号电荷存储部分的信号电荷读出部分；和用于将信号电荷读出部分从信号电荷存储部分读出的信号电荷转移到信号电荷转换部分的信号电荷转移部分。在这种情况中，每个信号电荷读出部分包括一个有选择地形成在一个P-型(或N-型)半导体阱的表面中的N-型(或P-型)区，一个有选择地形成在N-型(或P-型)区表面上的第一P-型(或N-型)区，和一个形成在叠加了一个栅绝缘膜的第一P-型(或N-型)区表面上的电极。一个用于构成信号电荷读出部分的电极与一个用于构成相邻于信号电荷读出部分的信号电荷转移部分的一部分的电极电连接。使得这些电极的驱动脉冲相同(φ1(TG))。施加到用于构成信号电荷存储部分的电极的不是直流电压，而是脉冲。
根据本发明的另一个方面，提供了一种具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，包括，在一个半导体基片上多个光接收部分阵列；与各光接收部分相邻的信号电荷存储部分；与信号电荷存储部分相邻的信号电荷读出部分；和用于把信号电荷读出部分从信号电荷存储部分读出的信号电荷转移到信号电荷转换部分的信号电荷转移部分。在这种情况中，每个信号电荷读出部分包括一个有选择地形成在一个P-型(或N-型)半导体阱的表面中的N-型(或P-型)区，一个有选择地形成在N-型(或P-型)区的表面中的第一P-型(或N-型)区，和一个形成在叠加了一个栅绝缘膜的的第一P-型(或N-型)区上的电极。一个用于构成信号电荷存储部分的电极与一个用于构成和信号电荷读出部分不相邻的信号电荷转移部分的一部分的电极电连接。施加到这些电极的不是直流电压而是共同的驱动脉冲φ2(ST)。
本发明的两种彩色线性图像传感器的优点都是在可以大大地减少剩余图像(理论上可以减少到0)而同时仅使光接收部分之间的行-行距离增大12.5％。
尽管详细地说明了本发明的优选实施例，但应当理解其中可以进行各种改变、替换和选择，而不脱离附属权利要求书中定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1．一种具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，包括，在一个半导体基片上多个光接收部分阵列；分别相邻于所述光接收部分的信号电荷存储部分；分别相邻于所述信号电荷存储部分的信号电荷读出部分；用于将所述信号读出部分从所述信号存储部分读出的信号电荷转移到信号电荷转换部分的信号电荷转移部分；其特征在于每个所述信号电荷读出部分包括一个有选择地形成在一个第一导电型的半导体阱的表面中的第二导电型的第一区，一个有选择地形成在所述第一区的表面中形成的第一导电型的第二区，和一个形成在叠加了一个栅绝缘膜的所述第二区上的电极，所述信号电荷读出部分的所述电极与用于构成相邻于所述信号电荷读出部分的所述信号电荷转移部分的一部分的一个电极电连接。
2．一种如权利要求1所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其特征在于每个所述光接收部分包括有选择地形成在第一导电型的所述半导体阱的表面中的所述第一区，和一个有选择且与用于构成所述信号电荷存储部分的电极自对准地在所述第一区的表面中形成的第一导电型的第三区，和向所述第三区施加的一个等于第一导电型的所述半导体阱的电势的电势。
3．一种如权利要求1所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其特征在于用于构成所述信号电荷读出部分的所述第二区与一个用于构成所述信号电荷存储部分的电极和一个构成转移部分的电极自对准地形成。
4．一种如权利要求1所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其特征在于每个所述信号电荷转移部分包括一个双相驱动CCD移位寄存器。
5．一种如权利要求4所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其特征在于提供了用于使所述信号电荷读出部分和相邻于所述信号电荷读出部分的所述双相驱动CCD移位寄存器的一部分具有共同驱动脉冲，并向用于构成所述信号电荷存储部分的一个电极施加脉冲信号的装置。
6．一种如权利要求5所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其特征在于除了用于读取在把共同施加于所述信号电荷读出部分和相邻于所述信号电荷读出部分的所述双相驱动CCD寄存器的一部分的所述第一脉冲期间和读取从所述信号电荷存储部分到所述信号电荷转移部分的信号电荷周期之外，施加到用于构成所述信号电荷存储部分的所述电极的所述脉冲信号被设定为等于或高于第一脉冲电势的电势。
7．一种具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，包括，在一个半导体基片上多个光接收部分阵列；分别相邻于所述光接收部分的信号电荷存储部分；分别相邻于所述信号电荷存储部分的信号读出部分；和用于把所述信号电荷读出部分从所述信号电荷存储部分读出的信号电荷转移到信号转换部分的信号电荷转移部分，其特征在于每个所述信号电荷读出部分包括一个有选择地形成在一个第一导电型的半导体阱的表面中的第二导电型的第一区，一个有选择地形成在所述第一区的表面中的第一导电型的第二区，和一个形成在叠加了一个栅绝缘膜的所述第二区上的电极，并且一个用于构成所述信号电荷存储部分的电极与一个用于构成不相邻于所述信号电荷读出部分的所述信号电荷转移部分的一部分的电极电连接。
8．一种如权利要求7所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其特征在于每个所述光接收部分包括一个有选择地形成在所述半导体阱的表面中的第一区和一个与用于构成所述信号电荷存储部分的所述电极自对准地形成在所述第一区的表面中的第一导电型的第三区，并且把一个等于所述半导体阱的电势的电势施加于所述第三区。
9．一种如权利要求7所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其中构成所述信号电荷读出部分的所述第二区是与构成所述信号电荷存储部分的电极和构成所述信号电荷转移部分的电极自对准地形成的。
10．一种如权利要求7所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其中每个所述信号电荷转移部分包括一个双相驱动CCD寄存器。
11．一种如权利要求10所述的具有较小行-行距离的彩色线性图像传感器，其中提供了用于向所述信号电荷存储部分和不相邻于所述信号电荷读出部分的所述双相驱动CCD移位寄存器的一部分不施加直流电压而是施加共同驱动脉冲的装置。
全文摘要
公开了一种具有较小行－行距离的彩色线性图像传感器，其包括相邻于光接收部分的信号电荷存储部分。信号电荷读出部分将信号电荷从信号电荷存储部分读出到信号电荷转移部分，并且由此而避免了产生剩余图像。安排在各颜色的光接收部分之间的布线(脉冲线)数减少了一个。因此，三个RGB颜色的光接收部分之间的距离(行－行距离)没有大的增加，而抑制了剩余图像。
文档编号H04N5/357GK1227417SQ99100020
公开日1999年9月1日 申请日期1999年1月5日 优先权日1998年1月5日
发明者木村哲司 申请人:日本电气株式会社