專利名稱：固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
作為一維的線傳感器而使用的固體攝像裝置，公知有下述固體攝像裝置使具有像素二維排列的能量線感應(yīng)部的固體攝像裝置進(jìn)行裝倉(binning)(線裝倉)動作，來對微弱的光的分布進(jìn)行高精度檢測(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
所謂裝倉動作是指，將在每個(gè)行方向和列方向二維排列的多個(gè)像素(光電轉(zhuǎn)換部)積蓄的光電荷全部傳輸?shù)搅蟹较?，將在列方向的各像素上積蓄的電荷加在每一列上，此后，將加在每一列上的電荷傳輸?shù)叫蟹较蛏稀．?dāng)采用此裝倉動作時(shí)，由于將在列方向的各像素上積蓄的電荷加在每一列上，所以，即使對于微弱的光，也可以對行方向的光的分布進(jìn)行高精度檢測。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開2002-196075號公報(bào)發(fā)明內(nèi)容在上述專利文獻(xiàn)1中記載的結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置中，通過向以行方向作為長度方向而形成的傳輸電極上施加規(guī)定相位的驅(qū)動電壓(傳輸電壓)，來將像素上積蓄的電荷依次傳輸?shù)较乱粋€(gè)像素。因此，需要僅僅是像素部分的傳輸時(shí)間，要將在各像素積蓄的傳輸電荷加在每一列上需要時(shí)間。此外，在相對一個(gè)像素設(shè)置多個(gè)傳輸電極的情況下，需要對各個(gè)傳輸電極施加多個(gè)相位不同的相的驅(qū)動電壓，使傳輸控制變得復(fù)雜。
本發(fā)明是鑒于上述問題而進(jìn)行的發(fā)明，其目的在于提供一種可以使裝倉動作快速而且簡單進(jìn)行的固體攝像裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于，包括能量線感應(yīng)區(qū)域，它在半導(dǎo)體基板的表面一側(cè)形成，同時(shí)，構(gòu)成為具有二維排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，感應(yīng)能量線的入射而生成電荷；多個(gè)傳輸電極，它在能量線感應(yīng)區(qū)域的表面一側(cè)分別設(shè)置成以二維排列中的第一方向作為長度方向，用于將電荷傳輸?shù)蕉S排列中的第二方向；和分壓電阻，它對應(yīng)于傳輸電極進(jìn)行設(shè)置，將來自直流電源的直流輸出電壓分壓而生成直流輸出電位，供給對應(yīng)于該直流輸出電位的傳輸電極。
其中，所謂的能量線也包括紫外線、紅外線、其他可見光的電子射線、放射線、X射線。
在本發(fā)明的固體攝像裝置中，將通過對應(yīng)的分壓電阻而生成的直流輸出電位分別供給多個(gè)傳輸電極。因此，在多個(gè)傳輸電極下形成的電勢在電荷傳輸方向逐漸升高，對于在第二方向上排列的光電轉(zhuǎn)換部組形成一個(gè)電勢斜度。生成的電荷沿上述電勢斜度而移動。因此，在電荷傳輸時(shí)，沒有必要如現(xiàn)有技術(shù)那樣施加規(guī)定相位的驅(qū)動電壓，從而可以簡單地進(jìn)行電荷傳輸。此外，傳輸速度受電勢斜度所控制，因此可以使速度提高，使傳輸時(shí)間縮短。
本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于，包括能量線感應(yīng)區(qū)域，它在半導(dǎo)體基板的表面一側(cè)形成，同時(shí)，構(gòu)成為具有二維排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，感應(yīng)能量線的入射而生成電荷；和多個(gè)傳輸電極，它在能量線感應(yīng)區(qū)域的表面一側(cè)分別設(shè)置成將二維排列中的第一方向作為長度方向，用于將電荷傳輸?shù)蕉S排列中的第二方向，其中，將規(guī)定的電位分別供給多個(gè)傳輸電極，使得在該多個(gè)傳輸電極下形成的電勢在電荷傳輸方向逐漸升高。
在本發(fā)明的固體攝像裝置中，在多個(gè)傳輸電極下形成的電勢在電荷傳輸方向逐漸升高，相對于在第二方向上排列的光電轉(zhuǎn)換部組形成一個(gè)電勢斜度。生成的電荷沿著上述電勢斜度而移動。因此，在電荷傳輸時(shí)，沒有必要如現(xiàn)有技術(shù)那樣施加規(guī)定相位的驅(qū)動電壓，從而可以簡單地進(jìn)行電荷傳輸。此外，傳輸速度受電勢斜度控制，因此可以使速度提高，使傳輸時(shí)間縮短。
此外，優(yōu)選還包括電荷積蓄部，它在每個(gè)第二方向上排列的光電轉(zhuǎn)換部組中積蓄通過多個(gè)傳輸電極所傳輸?shù)碾姾桑瑢⒃诿總€(gè)該光電轉(zhuǎn)換部組中積蓄的電荷一并輸出；和電荷輸出部，它輸入從電荷積蓄部向在每個(gè)第二方向上排列的光電轉(zhuǎn)換部組中輸出的電荷，并順序輸出。
本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于是在半導(dǎo)體基板的表面上通過絕緣層而設(shè)置，具有沿著一個(gè)方向排列的傳輸電極組的固體攝像裝置，其中，包括與各個(gè)傳輸電極進(jìn)行電氣連接的分壓電阻。
在本發(fā)明的固體攝像裝置中，由于各個(gè)傳輸電極通過分壓電阻而進(jìn)行電氣連接，所以在傳輸電極組下形成的電勢在傳輸電極的排列方向逐漸升高，也就是在電荷傳輸方向逐漸升高，相對于傳輸電極組而形成一個(gè)電勢斜度。生成的電荷沿著上述電勢斜度移動。因此，在電荷傳輸時(shí)，沒有必要如現(xiàn)有技術(shù)那樣施加規(guī)定相位的驅(qū)動電壓，可以簡單地進(jìn)行電荷傳輸。此外，傳輸速度受電勢斜度所控制，因此可以使速度提高，使傳輸時(shí)間縮短。
此外，分壓電阻優(yōu)選對來自直流電源的直流輸出電壓進(jìn)行分壓。在這樣的構(gòu)成情況下，可以穩(wěn)定形成上述電勢。
此外，優(yōu)選還包括電荷積蓄部，它積蓄通過傳輸電極組傳輸?shù)碾姾?，將積蓄的電荷一并輸出；和電荷輸出部，它輸入從電荷積蓄部輸出的電荷，并順序輸出。


圖1是表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用于說明沿著圖1中的II-II線的截面結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是用于說明本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作的時(shí)序圖，表示分壓電阻17組的一端17a一側(cè)的電壓變化。
圖3B是用于說明本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作的時(shí)序圖，表示分壓電阻17組的另一端17b一側(cè)的電壓變化。
圖3C是用于說明本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作的時(shí)序圖，表示在柵極電極59中輸入的時(shí)鐘信號的電壓水平的變化。
圖3D是用于說明本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作的時(shí)序圖，表示在水平傳輸電極61組中輸入的時(shí)鐘信號的電壓水平的變化。
圖4A是表示在本發(fā)明實(shí)施方式的固體攝像裝置中的時(shí)刻ta的電荷狀態(tài)的垂直方向的電勢圖。
圖4B是表示在本發(fā)明實(shí)施方式的固體攝像裝置中的時(shí)刻tb的電荷狀態(tài)的垂直方向的電勢圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式的固體攝像裝置進(jìn)行說明。其中，在說明中對相同要素或具有相同功能的要素采用相同的標(biāo)號，并省略了重復(fù)的說明。
圖1是表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是用于說明沿著圖1中的II-II線的截面結(jié)構(gòu)圖。
固體攝像裝置1是全幀傳輸(FFT)型CCD，如圖1所示，其包括能量線感應(yīng)區(qū)域11、作為電荷積蓄部的垂直傳輸門部21、和作為電荷輸出部的水平移位寄存器31。
能量線感應(yīng)區(qū)域11包含在m列(m為2以上的整數(shù))n行(n為2以上的整數(shù)，在本實(shí)施方式中設(shè)定為“6”。)上二維排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部13。該光電轉(zhuǎn)換部13分別感應(yīng)能量線(紫外線、紅外線、可見光、電子射線等)的入射而生成電荷。
多個(gè)傳輸電極15被設(shè)置在能量線感應(yīng)區(qū)域11的表面一側(cè)，以覆蓋該能量線感應(yīng)區(qū)域11。多個(gè)傳輸電極15分別設(shè)置成以水平方向(上述二維排列中的第一方向)作為長度方向，沿著垂直方向(上述二維排列中的第二方向)排列。在本實(shí)施方式中，傳輸電極15相對于各行設(shè)置兩個(gè)，利用電阻分割而施加兩種不同的電壓。
各傳輸電極15利用各分壓電阻17進(jìn)行電氣連接。對應(yīng)于各傳輸電極15來設(shè)置各分壓電阻17。各分壓電阻17對來自直流電源19的直流輸出電壓進(jìn)行分壓而生成直流輸出電位，并供給對應(yīng)于該直流輸出電位的傳輸電極15。
垂直傳輸門部21包括m個(gè)積蓄部23，它在垂直方向排列的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部13組中積蓄通過各光電轉(zhuǎn)換部13生成的電荷。各積蓄部23積蓄從對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部13組傳輸來的電荷，將在每個(gè)該光電轉(zhuǎn)換部13組積蓄的電荷一并輸出。
水平移位寄存器31接收在垂直傳輸門部21的各蓄積部23積蓄后而輸出的電荷，向水平方向傳輸，順序向放大器部41輸出。從水平移位寄存器31輸出的電荷通過放大器部41而變換成電壓，作為每個(gè)垂直方向排列的光電轉(zhuǎn)換部13組的電壓向固體設(shè)像裝置1的外部輸出，也就是作為每列的電壓向固體設(shè)像裝置1的外部輸出。
如圖2所示，在半導(dǎo)體基板51上形成能量線感應(yīng)區(qū)域11、傳輸電極15、垂直傳輸門部21、水平移位寄存器31、分壓電阻17和其他的電路。半導(dǎo)體基板51包括導(dǎo)電型為P型、構(gòu)成半導(dǎo)體基板51的基體的P型Si基板53，在其表面一側(cè)形成的N型半導(dǎo)體層55和P+型半導(dǎo)體層(圖中沒有表示)。N型半導(dǎo)體層55和P+型半導(dǎo)體層以能量線感應(yīng)區(qū)域11的垂直方向作為長度方向而在水平方向交互設(shè)置。N型半導(dǎo)體層55和P型Si基板53構(gòu)成pn接合。N型半導(dǎo)體層55構(gòu)成為通過能量線的入射而生成電荷的能量線感應(yīng)區(qū)域。N型半導(dǎo)體層55構(gòu)成能量線感應(yīng)區(qū)域11的各列。P+型半導(dǎo)體層起到分離各列的隔離區(qū)域的作用。
傳輸電極15通過絕緣層57而設(shè)置在半導(dǎo)體基板51的表面上。傳輸電極15以能量線感應(yīng)區(qū)域11的水平方向作為長度方向，在垂直方向交互設(shè)置而構(gòu)成各行。通過這些N型半導(dǎo)體層55和傳輸電極15而構(gòu)成在n行m列二維排列的光電轉(zhuǎn)換部13。傳輸電極15和絕緣層57由透過能量線的材料所構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，傳輸電極15由聚硅膜構(gòu)成，絕緣層57由硅氧化膜構(gòu)成。
此外，在半導(dǎo)體基板51的表面上，通過絕緣層57來設(shè)置柵極電極59和水平傳輸電極61組。柵極電極59被設(shè)置成以能量線感應(yīng)區(qū)域11的水平方向作為長度方向，在電荷傳輸方向上看，與位于最下游的傳輸電極15相鄰。電壓水平為H水平或L水平的時(shí)鐘信號通過端子59a輸入到柵極電極59。半導(dǎo)體基板51具有屏障區(qū)域63，它以在位于靠近傳輸電極15的柵極電極59下的N型半導(dǎo)體層55中成為低濃度的N型半導(dǎo)體的方式而形成。該屏障區(qū)域63被設(shè)置成以能量線感應(yīng)區(qū)域11的水平方向作為長度方向。因此，在柵極電極59下，分別存在屏障區(qū)域63和N型半導(dǎo)體的區(qū)域55a，通過這些柵極電極59和兩個(gè)區(qū)域63、55a而構(gòu)成垂直傳輸門部21。
水平傳輸電極61組與柵極電極59相鄰，沿著能量線感應(yīng)區(qū)域11的水平方向排列。通過由水平傳輸電極61組和在水平傳輸電極61組下的N型半導(dǎo)體層55或者在該N型半導(dǎo)體層55上形成的低能度的N型半導(dǎo)體區(qū)域65等而制成的臺階狀的電勢，來構(gòu)成水平移位寄存器31。
下面，對上述結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置1中的動作進(jìn)行說明。圖3A～圖3D是用于說明本實(shí)施方式的固體攝像裝置中的動作的時(shí)序圖。圖4A和圖4B分別表示在時(shí)刻的ta、tb的電荷狀態(tài)的垂直方向的電勢圖。
分壓電阻17串聯(lián)在直流電源19上，分壓電阻組17的一端17a一側(cè)經(jīng)常保持一定的負(fù)電位(參照圖3A)，另一端17b一側(cè)經(jīng)常保持一定的正電位(參照圖3B)。這樣，通過對應(yīng)的分壓電阻17而生成的直流輸出電位分別供給多個(gè)傳輸電極15。因此，如圖4A和圖4B所示，在該多個(gè)傳輸電極15下的N形半導(dǎo)體層55上形成的電勢在電荷傳輸方向上逐漸升高，對于在垂直方向上排列的光電轉(zhuǎn)換部13組形成一個(gè)電勢斜度。在各傳輸電極15下的N型半導(dǎo)體層55上生成的電荷沿著上述電勢的斜度移動。此外，未必需要分壓電阻17組的一端17a保持負(fù)電位，且另一端17b保持正電位。例如，分壓電阻17組的一端17a上為-8V，另一端17b上為-2V，與分壓電阻17組的一端17a相比，只要另一端17b為高電位就可以。
如圖3C所示，在時(shí)刻ta輸入柵極電極59的時(shí)鐘信號的電壓水平為H水平。此時(shí)，如圖4A所示，在柵極電極59下的N型半導(dǎo)體層55(區(qū)域)產(chǎn)生根據(jù)H水平的電壓的勢阱，在該勢阱中積蓄沿著上述電勢的斜度移動來的電荷。這樣，電荷被傳輸?shù)酱怪眰鬏旈T部21，被加(線裝倉)在每個(gè)在垂直方向排列的光電轉(zhuǎn)換部13組上。其中，N型半導(dǎo)體的區(qū)域55a的電勢變得比屏障區(qū)域63高。
然后，輸入柵極電極59的時(shí)鐘信號的電壓水平被替換。如圖3C所示，在替換后的時(shí)刻tb中，在電極中輸入的時(shí)鐘信號的電壓水平為L水平，如圖4B所示，柵極電極59下的N型半導(dǎo)體層55(區(qū)域)和屏障區(qū)域63的電勢變低。然后，在柵極電極59下的N型半導(dǎo)體層55的區(qū)域積蓄的電荷被輸送到水平傳輸電極61組下的N型半導(dǎo)體層55。這樣，在垂直傳輸門部21積蓄的電荷被輸出到水平移位寄存器31。
如圖3D所示，在水平移位寄存器31的水平傳輸電極61組中，若在電極中輸入的時(shí)鐘信號的電壓水平從L水平被替換成H水平，也就是在垂直傳輸門部21積蓄的電荷被輸出到水平移位寄存器31，則時(shí)鐘信號被輸入。這樣，被輸入到水平移位寄存器31的電荷順序在水平方向傳輸，被輸出到放大器部41。
通過上述動作，固體攝像裝置1與一維光電二極管相同，具有線傳感器的功能。
如上述這樣，在本實(shí)施方式的固體攝像裝置1中，在多個(gè)傳輸電極15下形成的電勢在電荷傳輸方向上逐漸升高，相對于在垂直方向上排列的光電轉(zhuǎn)換部13組形成一個(gè)電勢斜度。在光電轉(zhuǎn)換部13(N型半導(dǎo)體層55)生成的電荷沿著上述電勢的斜度移動。因此，沒有必要如現(xiàn)有技術(shù)那樣施加規(guī)定相位的驅(qū)動電壓，可以簡單地進(jìn)行電荷傳輸。
此外，電荷的傳輸速度受電勢斜度控制，也就是受電荷本身的速度的控制，可以使速度提高，使傳輸時(shí)間縮短。
在現(xiàn)有的二維CCD的線裝倉動作中，要對六個(gè)像素進(jìn)行裝倉，需要六次電荷傳輸。與此相反，在本實(shí)施方式的固體攝像裝置1中，可以非?？斓匾淮蝹鬏斖炅鶄€(gè)像素的傳輸。
此外，在本實(shí)施方式的固體攝像裝置1中，分壓電阻17對來自直流電源19的直流輸出電壓進(jìn)行分壓。這樣可以穩(wěn)定地形成上述電勢。
本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式。例如在各行設(shè)置的傳輸電極15的數(shù)量也不限定于是“2”，“1”或“3”以上也可以。此外，在本實(shí)施方式中，將生成的電荷在垂直傳輸門部21(電荷積蓄部)積蓄一次后進(jìn)行加法運(yùn)算，但也不限于此，也可以是不設(shè)置垂直傳輸門部21，在水平移位寄存器31(電荷輸出部)積蓄后進(jìn)行加法運(yùn)算的結(jié)構(gòu)。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明可以用于將CCD圖象傳感器等利用線裝倉動作而作為一維線傳感器使用的固體攝像裝置中。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括能量線感應(yīng)區(qū)域，它在半導(dǎo)體基板的表面一側(cè)形成，同時(shí)，構(gòu)成為具有二維排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，感應(yīng)能量線的入射而生成電荷；多個(gè)傳輸電極，它在所述能量線感應(yīng)區(qū)域的表面一側(cè)分別設(shè)置成以所述二維排列中的第一方向作為長度方向，用于將所述電荷傳輸?shù)剿龆S排列中的第二方向；和分壓電阻，它對應(yīng)于所述傳輸電極而進(jìn)行設(shè)置，將來自直流電源的直流輸出電壓分壓而生成直流輸出電位，供給對應(yīng)于該直流輸出電位的所述傳輸電極。
2.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括能量線感應(yīng)區(qū)域，它在半導(dǎo)體基板的表面一側(cè)形成，同時(shí)，構(gòu)成為具有二維排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，感應(yīng)能量線的入射而生成電荷；多個(gè)傳輸電極，它在所述能量線感應(yīng)區(qū)域的表面一側(cè)分別設(shè)置成以所述二維排列中的第一方向作為長度方向，用于將所述電荷傳輸?shù)剿龆S排列中的第二方向，其中，將規(guī)定的電位分別供給所述多個(gè)傳輸電極，使得在該多個(gè)傳輸電極下形成的電勢在電荷傳輸方向逐漸升高。
3.如權(quán)利要求1或2所述的固體攝象裝置，其特征在于，還包括電荷積蓄部，它在每個(gè)所述第二方向上排列的所述光電轉(zhuǎn)換部組中積蓄通過所述多個(gè)傳輸電極而傳輸?shù)碾姾?，將在每個(gè)該光電轉(zhuǎn)換部組中積蓄的電荷一并輸出；和電荷輸出部，它輸入從所述電荷積蓄部向在所述每個(gè)第二方向上排列的所述光電轉(zhuǎn)換部組中輸出的電荷，并順序輸出。
4.一種固體攝像裝置，其特征在于是在半導(dǎo)體基板的表面上通過絕緣層而設(shè)置，具有沿著一個(gè)方向排列的傳輸電極組的固體攝像裝置，其中，具有與各個(gè)傳輸電極進(jìn)行電氣連接的分壓電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝象裝置，其特征在于所述分壓電阻對來自直流電源的直流輸出電壓進(jìn)行分壓。
6.如權(quán)利要求4所述的固體攝象裝置，其特征在于，還包括電荷積蓄部，它積蓄通過所述傳輸電極組傳輸?shù)碾姾桑⒎e蓄的電荷一并輸出；和電荷輸出部，它輸入從所述電荷積蓄部輸出的電荷，并順序輸出。
全文摘要
本發(fā)明的能量線感應(yīng)區(qū)域(11)，其水平方向被分割成以垂直方向作為長度方向的m個(gè)列，此外，其垂直方向被分割成以水平方作為長度方向的n個(gè)行，包括m×n個(gè)二維排列的光電轉(zhuǎn)換部(13)。該光電轉(zhuǎn)換部(13)分別感應(yīng)能量線的入射而生成電荷。在能量線感應(yīng)區(qū)域(11)的表面一側(cè)，以覆蓋該能量線感應(yīng)區(qū)域(11)的方式而設(shè)置有多個(gè)傳輸電極(15)。多個(gè)傳輸電極(15)分別以水平方向作為長度方向而設(shè)置，沿著垂直方向排列。各傳輸電極(15)通過各分壓電阻(17)進(jìn)行電氣連接。各分壓電阻(17)對應(yīng)于各傳輸電極(15)進(jìn)行設(shè)置，對來自直流電源(19)的直流輸出電壓進(jìn)行分壓而生成直流輸出電位，供給對應(yīng)該直流輸出電位的傳輸電極(15)。
文檔編號H04N5/369GK1777994SQ20048001093
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者赤堀寬, 粕谷立城 申請人:浜松光子學(xué)株式會社