專利名稱：固態(tài)圖像傳感器件及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像傳感器件，更具體地，涉及結(jié)合CCD(電荷耦合器件)的固態(tài)圖像傳感器件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展增進(jìn)了固態(tài)圖像傳感器件的使用，其在光接收表面上接收來(lái)自目標(biāo)主體的經(jīng)過(guò)一般包括透鏡等等的光學(xué)系統(tǒng)的光，并將接收的光的強(qiáng)度光電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)量的電荷，以由此產(chǎn)生電信號(hào)。商用的固態(tài)圖像傳感器件通常包括CCD(電荷耦合器件)。半導(dǎo)體器件的精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展允許制造像素密度增加的固態(tài)圖像傳感器件，也就是，提高精細(xì)度的固態(tài)圖像傳感器件。
當(dāng)固態(tài)圖像傳感器件將圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，CCD用來(lái)將從光敏器件接收的電荷轉(zhuǎn)移到響應(yīng)于電荷量產(chǎn)生電信號(hào)的電路。
設(shè)計(jì)固態(tài)圖像傳感器件內(nèi)的典型CCD，用來(lái)響應(yīng)于從時(shí)鐘產(chǎn)生電路接收的一組時(shí)鐘信號(hào)來(lái)從光敏器件轉(zhuǎn)移電荷。通常，固態(tài)圖像傳感器件利用一對(duì)時(shí)鐘信號(hào)(在下文中，其可以通過(guò)φ1和φ2表示)來(lái)操作水平地轉(zhuǎn)移電荷的水平CCD，如在日本未決公開(kāi)專利申請(qǐng)No.JP-P2001-68660A中公開(kāi)的。
圖1公開(kāi)了在該申請(qǐng)中公開(kāi)的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)。該公開(kāi)的固態(tài)圖像傳感器件包括CCD，由數(shù)字100表示，其具有多個(gè)電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110；分別向電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110饋送第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)線101和102；輸出級(jí)電極對(duì)113，第三時(shí)鐘信號(hào)線向輸出級(jí)電極對(duì)113饋送第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L；一對(duì)輸出柵極104；浮置擴(kuò)散區(qū)105；輸出電路106；和復(fù)位柵極107。應(yīng)該注意，電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110每個(gè)都由第一和第二多晶硅電極111和112構(gòu)成。在CCD 100中，交替地排列接收第一時(shí)鐘信號(hào)φ1的電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110和接收第二時(shí)鐘信號(hào)φ2的電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110。
浮置擴(kuò)散區(qū)105是用于電荷檢測(cè)的擴(kuò)散層。在N阱上方轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷通過(guò)輸出柵極104被轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)105。輸出柵極104分別接收一對(duì)固定的輸出柵電壓(VOG1和VOG2)，如下文所述。復(fù)位柵極107用來(lái)周期地復(fù)位浮置擴(kuò)散區(qū)105的電壓電平；復(fù)位柵極107響應(yīng)于復(fù)位脈沖信號(hào)φR將浮置擴(kuò)散區(qū)105的電壓電平復(fù)位到復(fù)位漏極的電壓電平。輸出電路106響應(yīng)于浮置擴(kuò)散區(qū)105的電壓電平產(chǎn)生輸出信號(hào)。如圖1所示，在CCD 100內(nèi)部，輸出級(jí)電極對(duì)113位于向浮置擴(kuò)散區(qū)105轉(zhuǎn)移電荷的電荷轉(zhuǎn)移器件的末級(jí)。該輸出級(jí)電極對(duì)113響應(yīng)于第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L將轉(zhuǎn)移到此處的電荷轉(zhuǎn)送到輸出柵極104。
圖2是示出在圖1的C-C′截面上CCD 100的結(jié)構(gòu)的截面圖。該CCD100具有形成在n型半導(dǎo)體襯底內(nèi)部的P阱和形成在P阱上的N阱。該N阱用來(lái)積聚和轉(zhuǎn)移電荷。存儲(chǔ)區(qū)(或非勢(shì)壘區(qū))隔著柵電介質(zhì)位于第一多晶硅電極111下方，并且通過(guò)p型雜質(zhì)(例如硼離子)的離子注入，勢(shì)壘(barrier)區(qū)隔著(across)柵電介質(zhì)形成在第二多晶硅電極112的下方，以在相同電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110下方的轉(zhuǎn)移溝道內(nèi)部提供電壓電平差。用于電荷檢測(cè)的浮置擴(kuò)散區(qū)105包括了P阱和N阱之間的pn結(jié)，其位于輸出柵極104和復(fù)位柵極107之間。
如上所述，輸出級(jí)電極對(duì)113接收第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L。輸出柵極104中的一個(gè)(在下文中，其稱為第一輸出柵電極)接收第一輸出柵電壓VOG1，而輸出柵極104中的另一個(gè)(在下文中，其稱為第二輸出柵電極)接收第二輸出柵電壓VOG2。復(fù)位柵極107接收復(fù)位脈沖信號(hào)φR，并且復(fù)位漏極108被偏置到復(fù)位漏電壓電平VRD。應(yīng)該注意，第一輸出柵電壓VOG1、第二輸出柵電壓VOG2和復(fù)位漏電壓電平VRD是固定的電壓電平。
圖3是示出饋送到CCD 100的信號(hào)的波形的時(shí)序圖。第一到第三時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2和φ1L以及復(fù)位脈沖信號(hào)φR是信號(hào)電平根據(jù)時(shí)間尺度變化的電壓信號(hào)。圖3(a)到3(d)分別示出了第一、第二、第三時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2和φ1L以及復(fù)位脈沖信號(hào)φR的波形。第一時(shí)鐘信號(hào)φ1的“高”和“低”電平在圖3(a)中分別表示為“V1H”、“V1L”，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2的“高”和“低”電平在圖3(b)中分別表示為“V2H”、“V2L”。相應(yīng)地，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的“高”和“低”電平在圖3(c)中分別表示為“V3H”、“V3L”，并且復(fù)位脈沖信號(hào)φR的“高”和“低”電平在圖3(d)中分別表示為“V4H”、“V4L”。
在從t1時(shí)刻到t4的時(shí)間段中，如圖3(a)所示，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1從電壓電平V1H被下拉到電壓電平V1L，并且然后被上拉到電壓電平V1H。在該期間，第二時(shí)鐘信號(hào)φ2從電壓電平V2L被上拉到電壓電平V2H，并且然后被下拉到電壓電平V2L，而第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L從電壓電平V3H被下拉到電壓電平V3L，并且然后被上拉到電壓電平V3H。復(fù)位脈沖信號(hào)φR在t3時(shí)刻被上拉。
圖4示出了在從t1時(shí)刻到t4的時(shí)間段中的電荷轉(zhuǎn)移。圖4(a)示出了t1時(shí)刻在N阱中積聚的電荷的狀態(tài)，而圖4(b)示出了t2時(shí)刻電荷的狀態(tài)。相應(yīng)地，圖4(c)示出了t3時(shí)刻在N阱中積聚的電荷的狀態(tài)，而圖4(d)示出了t4時(shí)刻電荷的狀態(tài)。
在t1時(shí)刻，信號(hào)電荷Q1在輸出級(jí)電極對(duì)113下方的存儲(chǔ)區(qū)中積聚。在從輸出柵極104下面通過(guò)之后，在t2時(shí)刻信號(hào)電荷Q1被注入到浮置擴(kuò)散區(qū)105中。在t2時(shí)刻，信號(hào)電荷Q1被檢測(cè)為電壓，然后在t3時(shí)刻，由于施加到復(fù)位柵極107的復(fù)位脈沖信號(hào)φR的上拉，通過(guò)復(fù)位漏極108被排到外部。在t3時(shí)刻，接下來(lái)的信號(hào)電荷Q2在輸出級(jí)電極對(duì)113下方的存儲(chǔ)區(qū)中積聚。
隨后復(fù)位脈沖信號(hào)φR在t4時(shí)刻被下拉到電壓電平VRL，以返回到t1時(shí)刻的狀態(tài)。重復(fù)這種操作允許連續(xù)檢測(cè)信號(hào)電荷Q1、Q2、Q3…，作為相應(yīng)的輸出電壓。
本發(fā)明人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)常規(guī)CCD 100的一個(gè)問(wèn)題是一些信號(hào)電荷可以保持不轉(zhuǎn)移。圖5示出了信號(hào)電荷保持不轉(zhuǎn)移的方式。在常規(guī)CCD 100中，電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110被提供有第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2。另外，鄰近輸出級(jí)電極對(duì)113的幾個(gè)電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110經(jīng)常具有比遠(yuǎn)離輸出級(jí)電極對(duì)113的其它轉(zhuǎn)移電極對(duì)110更長(zhǎng)的電極長(zhǎng)度。在這種情況下，轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷通過(guò)鄰近輸出級(jí)電極對(duì)113的幾個(gè)電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110所需的持續(xù)時(shí)間，比轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷通過(guò)遠(yuǎn)離輸出級(jí)電極對(duì)113的其它電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110需要的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。另外，電極長(zhǎng)度的增加會(huì)導(dǎo)致輸出柵極104的邊緣場(chǎng)效應(yīng)減小；應(yīng)該注意，邊緣場(chǎng)效應(yīng)是在電極的邊緣的電場(chǎng)的無(wú)序效應(yīng)。這會(huì)導(dǎo)致由圖5(b)中的符號(hào)ΔQ2表示的未轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷。
另外，常規(guī)的CCD 100在其輸出上會(huì)遭受耦合噪聲。圖6是示出時(shí)鐘信號(hào)和輸出電壓的波形的時(shí)序圖。在從t4時(shí)刻到t6時(shí)刻的時(shí)間段期間，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被下拉，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2被上拉。同時(shí)，在從t4時(shí)刻到t5時(shí)刻的時(shí)間段期間，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被下拉。
與重復(fù)排列的電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)110連接的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)線101和102(見(jiàn)圖2)的負(fù)載電容通常在幾百皮法級(jí)，而與輸出級(jí)電極對(duì)113連接的第三時(shí)鐘信號(hào)線103的負(fù)載電容通常在幾十皮法級(jí)或更小。因此，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的傳輸中的CR時(shí)間常數(shù)大大地小于第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2的傳輸中的CR時(shí)間常數(shù)。因此，時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2的邊沿比時(shí)鐘信號(hào)φ1L的邊沿更緩和。
結(jié)果，在從t4時(shí)刻到t5時(shí)刻的時(shí)間段中時(shí)鐘信號(hào)φ1L更快地下拉，而在從t4時(shí)刻到t5時(shí)刻的時(shí)間段中時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2更緩慢地切換。這不希望地導(dǎo)致了從饋送有第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的輸出級(jí)電極對(duì)113施加到浮置擴(kuò)散區(qū)105的耦合噪聲，結(jié)果輸出電壓遭受耦合噪聲，如圖6(d)所示。由第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L造成的耦合噪聲信號(hào)不希望地降低了允許的信號(hào)轉(zhuǎn)移時(shí)段，并且會(huì)導(dǎo)致信號(hào)穩(wěn)定時(shí)段縮短，尤其在CCD 100以高操作速度操作時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，一種電荷耦合器件具有輸出柵極；響應(yīng)于一組時(shí)鐘信號(hào)來(lái)操作的主CCD區(qū)；和輸出區(qū)，其位于輸出柵極和主CCD區(qū)之間并且設(shè)計(jì)用來(lái)將從主CCD區(qū)接收的電荷轉(zhuǎn)移到輸出柵極。主CCD區(qū)包括第一和第二轉(zhuǎn)移電極。輸出區(qū)包括接收彼此反相的時(shí)鐘信號(hào)的第三和第四轉(zhuǎn)移電極。由主CCD區(qū)接收的該組時(shí)鐘信號(hào)和由輸出區(qū)接收的時(shí)鐘信號(hào)是從不同的驅(qū)動(dòng)電路輸出的。
這種體系結(jié)構(gòu)使得饋送到輸出區(qū)的時(shí)鐘信號(hào)的下降沿比饋送到主CCD區(qū)的時(shí)鐘信號(hào)的下降沿更陡峭。
在另一個(gè)實(shí)施例中，饋送到第三和第四轉(zhuǎn)移電極的時(shí)鐘信號(hào)具有關(guān)于電壓的對(duì)稱波形，例如，致使饋送到第三轉(zhuǎn)移電極的時(shí)鐘信號(hào)的上拉的持續(xù)時(shí)間與饋送到第四轉(zhuǎn)移電極的時(shí)鐘信號(hào)的下拉相同。這允許饋送到第三和第四轉(zhuǎn)移電極的時(shí)鐘信號(hào)相互消除電荷耦合器件的輸出上的耦合效應(yīng)。
本發(fā)明有效地減少了電荷耦合器件的輸出電壓的耦合噪聲。另外，本發(fā)明有效地減少了電荷耦合器件的高速操作中的電荷轉(zhuǎn)移錯(cuò)誤。


結(jié)合附圖，由下面的描述，本發(fā)明的上述和其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將更加顯而易見(jiàn)，其中
圖1是示出常規(guī)CCD的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖2是示出圖1中所示的常規(guī)CCD的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3是示出圖1中所示的常規(guī)CCD的操作的時(shí)序圖；圖4是示出跨過(guò)圖1中所示的常規(guī)CCD的電位分布的示意圖；圖5是說(shuō)明存在未轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷的示意圖；圖6是示出常規(guī)CCD的輸出電壓的波形的時(shí)序圖；圖7是示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖8是示出第一實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9是示出第一實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的操作的時(shí)序圖；圖10是示出在CCD上轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷的方式的示意圖；圖11是示出由時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的輸出電壓的波形的時(shí)序圖；圖12示出在第一實(shí)施例中在輸出電壓上觀察到的耦合噪聲的放大波形圖；圖13是示出在第一實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件內(nèi)部形成的寄生電容的截面圖；圖14是示出高速操作中時(shí)鐘信號(hào)的波形的時(shí)序圖；圖15是示出跨過(guò)用于高速電荷傳輸?shù)腃CD的電位分布的示意圖；圖16是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖17是示出第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖18是示出第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的操作的時(shí)序圖；圖19是示出跨過(guò)第二實(shí)施例中的CCD的電位分布的示意圖；圖20是示出第二實(shí)施例中輸出電壓的波形的時(shí)序圖；圖21是示出跨過(guò)用于高速電荷傳輸?shù)腃CD的電位分布的示意圖；圖22是示出本發(fā)明的第三實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖23是示出本發(fā)明的第四實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖；和圖24是示出本發(fā)明的第五實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將在這里參考示例性實(shí)施例描述本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，利用本發(fā)明的講解可以實(shí)現(xiàn)許多可選的實(shí)施例，并且本發(fā)明并不限于以解釋為目的而示出的實(shí)施例。在下文中，對(duì)一個(gè)實(shí)例進(jìn)行描述，其中固態(tài)圖像傳感器件包括離子注入勢(shì)壘型兩相CCD。
(第一實(shí)施例)圖7是示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖。第一實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件具有用于轉(zhuǎn)移電荷的CCD(電荷耦合器件)1，和向CCD 1饋送一組時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘產(chǎn)生器2。CCD 1包括第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4、第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3、第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6、第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5、輸出柵極7、浮置二極管9、復(fù)位柵極10和復(fù)位漏極11。第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4共同接收第一時(shí)鐘信號(hào)φ1，并且第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3共同接收第二時(shí)鐘信號(hào)φ2。第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6共同接收第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L，并且第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5共同接收第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L。第一和第三時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ1L具有相同的相位，并且第二和第四時(shí)鐘信號(hào)φ2和φ2L具有相同的相位。第二和第四時(shí)鐘信號(hào)φ2和φ2L與第一和第三時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ1L的相位相反。第一到第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)3到6和輸出柵極7平行排列，并且N阱8形成在第一到第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)3到6和輸出柵極7的下方。
該CCD 1包括主CCD區(qū)1-1和輸出區(qū)1-2。在主CCD區(qū)1-1中，N阱8具有恒定的寬度W，而在輸出區(qū)1-2內(nèi)部，N阱8的寬度向著輸出柵極7漸縮。
第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4和第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3位于主CCD區(qū)1-1中，而第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6、第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和輸出柵極7位于輸出區(qū)1-2中。雖然僅分別示出了第一和第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3和4中的兩個(gè)，但是應(yīng)該理解，第一和第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3和4的數(shù)目比第三和第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的數(shù)目大。位于主CCD區(qū)1-1中的第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4每個(gè)都包括勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極4-1和4-2，并且第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3每個(gè)都包括勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極3-1和3-2。相應(yīng)地，位于輸出區(qū)1-2中的第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6每個(gè)都包括勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極6-1和6-2，并且第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5每個(gè)都包括勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極5-1和5-2。最后，輸出柵極7包括第一和第二輸出柵極7-1和7-2。
浮置二極管9接收通過(guò)N阱8轉(zhuǎn)移到其上的信號(hào)電荷，并且保持該信號(hào)電荷直到該信號(hào)電荷被輸出電路12讀出。復(fù)位柵極10通過(guò)復(fù)位脈沖饋送線35接收復(fù)位脈沖信號(hào)φR。響應(yīng)于復(fù)位脈沖信號(hào)φR，復(fù)位柵極10周期性地將保持在浮置二極管9中的信號(hào)電荷泄露到復(fù)位漏極11中。
輸出電路12包括MOS晶體管14和電阻器15。MOS晶體管14的柵極與浮置二極管9連接，并且MOS晶體管14的漏極偏置到電源電平VDD。MOS晶體管14的源極通過(guò)電阻15與地連接。由此設(shè)計(jì)的輸出電路12用作輸出前置放大器，其增強(qiáng)輸出端13上的輸出信號(hào)Vout。
時(shí)鐘產(chǎn)生器2具有時(shí)鐘產(chǎn)生電路21和一組反相器22。時(shí)鐘產(chǎn)生電路21由公共基準(zhǔn)時(shí)鐘產(chǎn)生第一到第四時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L。反相器22每個(gè)都用作波形整形的驅(qū)動(dòng)電路。由時(shí)鐘產(chǎn)生電路21產(chǎn)生的第一到第四時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L，在通過(guò)反相器22波形整形之后，分別被饋送到第一到第四時(shí)鐘信號(hào)線31到34。更具體地，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1通過(guò)第一時(shí)鐘信號(hào)線32被饋送到第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4的勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極4-1和4-2，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2通過(guò)第二時(shí)鐘信號(hào)線31被饋送到第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3的勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極3-1和3-2。相應(yīng)地，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L通過(guò)第三時(shí)鐘信號(hào)線34被饋送到第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極6-1和6-2，并且第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L通過(guò)第四時(shí)鐘信號(hào)線33被饋送到第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5的勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極5-1和5-2。應(yīng)該注意，第三時(shí)鐘信號(hào)線34僅與第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6連接，并且第四時(shí)鐘信號(hào)線33僅與第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5連接。
圖8是示出在圖7的A-A′截面上的CCD 1的結(jié)構(gòu)的截面圖。P阱16形成在N型半導(dǎo)體襯底17的內(nèi)部，并且N阱8形成在P阱16的表面部分中。轉(zhuǎn)移電極對(duì)3到6位于N阱8的上方。勢(shì)壘區(qū)18隔著柵電介質(zhì)形成在各轉(zhuǎn)移電極對(duì)3到6的勢(shì)壘電極3-1、4-1、5-1和6-1的下方。通過(guò)離子注入P型雜質(zhì)(例如B離子)形成勢(shì)壘區(qū)18，并在相同轉(zhuǎn)移電極對(duì)下方的轉(zhuǎn)移溝道中提供電壓電平差。位于各個(gè)轉(zhuǎn)移電極對(duì)3到6的存儲(chǔ)電極3-2、4-2、5-2和6-2下方的區(qū)域用作存儲(chǔ)區(qū)，用來(lái)在轉(zhuǎn)移溝道中積聚信號(hào)電荷。用于電荷檢測(cè)的浮置二極管9位于輸出柵極7和復(fù)位柵極10之間。浮置二極管9包括形成在N阱8和P阱16之間的pn結(jié)。
圖9是饋送到CCD 1的信號(hào)和偏置電壓的時(shí)序圖。圖9(a)示出了第一時(shí)鐘信號(hào)φ1的電壓波形。在圖9(a)中，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1的“高”和“低”電平分別用符號(hào)“V1H”和“V1L”表示。圖9(b)示出了第二時(shí)鐘信號(hào)φ2的電壓波形。在圖9(b)中，第二時(shí)鐘信號(hào)φ2的“高”和“低”電平分別用符號(hào)“V2H”和“V2L”表示。
圖9(c)示出了第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的電壓波形。在圖9(c)中，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的“高”和“低”電平分別用符號(hào)“V3H”和“V3L”表示。圖9(d)示出了第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L的電壓波形。在圖9(d)中，第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L的“高”和“低”電平分別用符號(hào)“V4H”和“V4L”表示。
圖9(e)示出了復(fù)位脈沖信號(hào)φR的電壓波形。復(fù)位脈沖信號(hào)φR的“高”和“低”電平分別用符號(hào)“VRH”和“VRL”表示。
圖9(f)示出了第一輸出柵電壓VOG1的波形，其被饋送到第一輸出柵電極7-1。優(yōu)選地，控制第一輸出柵電壓VOG1，以便在饋送到第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被下拉到“低”電平V3L的情況下，第一輸出柵電極7-1下方的電荷轉(zhuǎn)移溝道的電壓電平(在下文中，稱為溝道電壓電平v1)比第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的第二電極6-2下方的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移溝道的電壓電平(在下文中，該電壓電平稱為溝道電壓電平vSL)高。另外，優(yōu)選地控制第一輸出柵極電壓VOG1，以便在第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被上拉到“高”電平V3H的情況下，溝道電壓電平v1低于第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的第二電極6-2下方的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移溝道的電壓電平(下文中，該電壓電平被稱為溝道電壓電平vSH)。
圖9(g)示出了第二輸出柵電壓VOG2的波形。優(yōu)選地，控制第二輸出柵電壓VOG2，以便第二輸出柵電極7-2下方的電荷轉(zhuǎn)移溝道的電壓電平(在下文中，稱為溝道電壓電平v2)比第一輸出柵電極7-1下方的電荷轉(zhuǎn)移溝道的溝道電壓電平v1高。圖9(h)示出了復(fù)位漏電壓VRD的波形。優(yōu)選地，確定復(fù)位脈沖信號(hào)φR的“高”電平VRH，以便當(dāng)復(fù)位脈沖信號(hào)φR被上拉到“高”電平時(shí)，復(fù)位柵極10下方的溝道的電壓電平高于施加到復(fù)位漏極11的復(fù)位漏電壓VRD。
在t01時(shí)刻，如圖9所示，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被設(shè)定為“高”電平V1H，并且第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被設(shè)定為“高”電平V3H。在t02時(shí)刻，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被下拉到“低”電平V1L，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2被上拉到“高”電平V2H。在t03時(shí)刻，復(fù)位脈沖信號(hào)φR被上拉到“高”電平VRH。在t04時(shí)刻，與時(shí)刻t01的情況一樣，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被設(shè)定為“高”電平V1H。
圖10示出了CCD 1響應(yīng)于上述時(shí)鐘信號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷的方式。在t01時(shí)刻，信號(hào)電荷Q1在鄰近輸出柵極7的第三電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)6下方的存儲(chǔ)區(qū)(也就是，第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的存儲(chǔ)電極6-2下方的擴(kuò)散區(qū))中積聚。在t02時(shí)刻，信號(hào)電荷Q1在通過(guò)第一和第二輸出柵電極7-1和7-2下方之后，注入到浮置二極管9中。
隨后，饋送到復(fù)位柵極10的復(fù)位脈沖信號(hào)φR被上拉到“高”電平VRH，并由此將信號(hào)電荷Q1通過(guò)復(fù)位漏極11泄露到外部。在這時(shí)，接下來(lái)的信號(hào)電荷Q2在鄰近輸出柵極7的第三電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)6下方的存儲(chǔ)區(qū)(也就是，第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的存儲(chǔ)電極6-2下方的擴(kuò)散區(qū))中積聚。隨后將復(fù)位脈沖信號(hào)φR下拉到“低”電平VRL，以返回到與t01時(shí)刻相同的狀態(tài)。之后重復(fù)該操作，以檢測(cè)信號(hào)電荷Q3、Q4、Q5…，作為輸出電壓。
在下面，對(duì)響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)的輸出電壓的變化進(jìn)行描述。圖11是示出時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L的波形和輸出電壓Vout的波形的時(shí)序圖。詳細(xì)地，圖11(a)示出了第一時(shí)鐘信號(hào)φ1的波形，并且圖11(b)示出了第二時(shí)鐘信號(hào)φ2的波形。另外，圖11(c)示出了第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的波形，并且圖11(d)示出了第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L的波形。最后，圖11(e)示出了輸出電壓Vout的波形，其響應(yīng)于上述時(shí)鐘信號(hào)而改變。
如圖11所示，在t11時(shí)刻和t13時(shí)刻之間、t14時(shí)刻和t16時(shí)刻之間、和t17時(shí)刻到t19之間的時(shí)間段期間，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被下拉，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2被上拉。另一方面，在t11時(shí)刻和t12時(shí)刻之間、t14時(shí)刻和t15時(shí)刻之間、和t17時(shí)刻到t18時(shí)刻之間的時(shí)間段期間，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被下拉，并且第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L被上拉。
由圖11可以理解，第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2呈現(xiàn)出比第三和第四時(shí)鐘信號(hào)φ1L和φ2L更緩和的下降沿。這是由時(shí)鐘信號(hào)線31到34中的負(fù)載電容差導(dǎo)致的。根據(jù)第一和第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3和4的數(shù)目，第一和第二時(shí)鐘信號(hào)線31和32的負(fù)載電容在幾百皮法級(jí)。另一方面，根據(jù)第三和第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的減少的數(shù)目，第三和第四時(shí)鐘信號(hào)線33和34的負(fù)載電容為幾十皮法或更小。因此，在饋送到時(shí)鐘信號(hào)線31到34的時(shí)鐘信號(hào)的傳輸中，第三和第四時(shí)鐘信號(hào)線33和34的CR時(shí)間常數(shù)小于第一和第二時(shí)鐘信號(hào)線31和32的CR時(shí)間常數(shù)。
圖12示出了輸出電壓的放大波形，其呈現(xiàn)出由時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)致的噪聲。如上所述，在t11時(shí)刻和t13時(shí)刻之間的時(shí)間段期間，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被下拉，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2被上拉。另一方面，在t11時(shí)刻和t12時(shí)刻之間的時(shí)間段期間，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被下拉，并且第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L被上拉。應(yīng)該注意，因?yàn)楦痰腃R時(shí)間常數(shù)，下拉第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L和上拉第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L需要的持續(xù)時(shí)間比下拉第一時(shí)鐘信號(hào)φ1和上拉第二時(shí)鐘信號(hào)φ2需要的持續(xù)時(shí)間更短。
第三和第四時(shí)鐘信號(hào)φ1L和φ2L具有對(duì)稱的電壓波形，并且第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L被上拉的持續(xù)時(shí)間與第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L被下拉的持續(xù)時(shí)間相同。因此，在第三和第四時(shí)鐘信號(hào)φ1L和φ2L之間消除了與浮置二極管9耦合的效應(yīng)，并且輸出電壓呈現(xiàn)出減小的耦合噪聲，如圖12中的實(shí)線指示的。
應(yīng)該注意，第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2導(dǎo)致輸出電壓上的耦合噪聲減小。這是因?yàn)榈谝缓偷诙r(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2具有對(duì)稱的電壓波形，并且第一時(shí)鐘信號(hào)φ1被上拉的持續(xù)時(shí)間與第二時(shí)鐘信號(hào)φ2被下拉的持續(xù)時(shí)間相同；在第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2之間也消除了與浮置二極管9耦合的效應(yīng)。因此，本實(shí)施例中的CCD 1有效地抑制了輸出電壓的穩(wěn)定周期的減小，如圖12所示，而由于由第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L導(dǎo)致的耦合噪聲，常規(guī)的CCD會(huì)遭受穩(wěn)定周期的減小。
如上所述，為了促進(jìn)從主CCD區(qū)1-1向浮置二極管9傳輸信號(hào)電荷，N阱8的寬度從最后級(jí)轉(zhuǎn)移電極對(duì)4向輸出柵極7漸縮，而輸出區(qū)1-2內(nèi)部的存儲(chǔ)電極5-2和6-2的長(zhǎng)度比主CCD區(qū)1-1內(nèi)部的存儲(chǔ)電極3-2和4-2的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
圖13是示出形成在本實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器件內(nèi)部的寄生電容的截面圖。在本實(shí)施例的CCD 1內(nèi)部，形成下面的五個(gè)寄生電容(1)第一電容C1，其是浮置二極管9的結(jié)電容；(2)第二電容C2，其是浮置二極管9和復(fù)位柵極10之間的耦合電容；(3)第三電容C3，其是浮置二極管9和第二輸出柵電極7-2之間的耦合電容；(4)第四電容，其是浮置二極管9和輸出電路12之間連接的互連的互連電容；和(5)第五電容，其是輸出電路12的輸入電容。浮置二極管9的電壓電平的變化ΔV由下面的等式(1)表示ΔV＝Q1/(C1+C2+C3+C4+C5)?！?1)電壓電平變化ΔV是由輸出電路12檢測(cè)的，輸出電路12包括MOS晶體管14和電阻器15，并且輸出電壓Vout是響應(yīng)于電壓電平變化ΔV而從輸出端13輸出的。
輸出電壓Vout由下面的等式(2)表示Vout＝ΔV·gm·R/(1+gm·R)，…(2)其中g(shù)m是MOS晶體管14的跨導(dǎo)，并且R是電阻器15的電阻。由等式(1)和(2)，通過(guò)以下等式(3)獲得輸出電壓VoutVout＝Q1·gm·R/{(1+gm·R)(C1+C2+C3+C4+C5)}…(3)由等式(3)可理解，對(duì)于給定的信號(hào)電荷Q1，輸出電壓Vout的增加需要降低第一到第五電容C1到C5?？梢酝ㄟ^(guò)減小浮置二極管9的結(jié)面積來(lái)減小第一到第五電容C1到C5。
最大信號(hào)電荷量QMAX表達(dá)為下面的等式(4)QMAX＝K·ΔvBS·W·L，…(4)其中ΔvBS是各個(gè)轉(zhuǎn)移電極對(duì)的勢(shì)壘區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)之間溝道電壓電平的差，K是比例常數(shù)，W是存儲(chǔ)區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移溝道寬度，并且L是存儲(chǔ)區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移溝道長(zhǎng)度。
存儲(chǔ)區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移溝道長(zhǎng)度L是以固態(tài)圖像傳感器件的尺寸和水平方向上排列的像素的數(shù)目為基礎(chǔ)而確定的。另外，考慮到允許的驅(qū)動(dòng)電壓(例如，5V)，電壓電平差ΔvBS不能很容易地改變。因此，為了增大主CCD區(qū)1-1中的最大信號(hào)電荷量QMAX，增加了存儲(chǔ)區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移溝道寬度W。
電荷轉(zhuǎn)移溝道寬度W向著輸出區(qū)1-2中的浮置二極管9漸縮，以促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移到浮置二極管9。這優(yōu)選地伴隨著增加輸出區(qū)1-2中的存儲(chǔ)區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移溝道長(zhǎng)度。具體地，輸出區(qū)1-2中的電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的存儲(chǔ)電極5-2和6-2的長(zhǎng)度L1、L2、L3和L4中的至少一個(gè)(也就是，電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6下方的電荷轉(zhuǎn)移溝道長(zhǎng)度)比主CCD區(qū)1-1中電荷轉(zhuǎn)移電極對(duì)3和4的存儲(chǔ)電極3-2和4-2的長(zhǎng)度L長(zhǎng)。在該實(shí)施例中，隨著電荷轉(zhuǎn)移溝道寬度W減小，輸出區(qū)1-2的中轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的存儲(chǔ)電極5-2和6-2的長(zhǎng)度增加，以提供具有與主CCD區(qū)1-1相同的最大信號(hào)電荷量QMAX的輸出區(qū)1-2。由上述的等式(4)將很容易理解增加輸出區(qū)1-2中的電荷轉(zhuǎn)移溝道長(zhǎng)度的必要性。更具體地，如圖13所示，確定輸出區(qū)1-2中的存儲(chǔ)電極5-2和6-2的長(zhǎng)度L1、L2、L3和L4，以便其滿足L4＞L3＞L2＞L1＞L，其中L是主CCD區(qū)1-1中存儲(chǔ)電極3-2和4-2的長(zhǎng)度。
圖14是提供本實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的高速操作和正常速度操作之間的比較的時(shí)序圖。虛線指出了用于正常速度操作的時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L的波形，并且實(shí)線指出了用于高速操作的時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L的波形，在高速操作中，電荷轉(zhuǎn)移速度增加到正常速度操作的操作速度的三倍。如上所述，在正常速度操作中，第一時(shí)鐘信號(hào)φ1的“高”和“低”電平分別是V1H和V1L，并且第二時(shí)鐘信號(hào)φ2的“高”和“低”電平分別是V2H和V2L。相應(yīng)地，第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的“高”和“低”電平分別是V3H和V3L，并且第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L的“高”和“低”電平分別是V4H和V4L。在一個(gè)實(shí)施例中，第一到第四時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L具有相同的“高”電平和相同的“低”電平。換句話說(shuō)，其滿足V1H＝V2H＝V3H＝V4H＝VH，和V1L＝V2L＝V3L＝V4L＝VL。
分別用來(lái)饋送第二和第一時(shí)鐘信號(hào)φ2和φ1的時(shí)鐘信號(hào)線31和32具有大的負(fù)載電容，因?yàn)樵黾恿酥鰿CD區(qū)1-1中第一和第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3和4的數(shù)目。因此，在高速操作中，在達(dá)到正常速度操作中實(shí)現(xiàn)的初始“高”和“低”電平VH和VL之前，因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)線31和32的CR時(shí)間常數(shù)的增加，第一和第二時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ2可以轉(zhuǎn)換。如圖14(a)所示，例如，與正常操作相比較，在高速操作中第一時(shí)鐘信號(hào)φ1在V1H′和V1L′之間呈現(xiàn)出降低的振幅。相應(yīng)地，如圖14(b)所示，在高速操作中第二時(shí)鐘信號(hào)φ2在V2H′和V2L′之間呈現(xiàn)出降低的振幅。
相反，分別用來(lái)饋送第四和第三時(shí)鐘信號(hào)φ2L和φ1L的時(shí)鐘信號(hào)線33和34具有小負(fù)載電容，因?yàn)闇p少了輸出區(qū)1-2中的第三和第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的數(shù)目。因此，因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)線31和32的CR時(shí)間常數(shù)的減小，與正常速度操作一樣，第三和第四時(shí)鐘信號(hào)φ1L和φ2L在高速操作中達(dá)到“高”和“低”電平VH和VL。
圖15示出了在第一實(shí)施例中在高速操作中的電荷轉(zhuǎn)移溝道的電位分布。虛線指示出了對(duì)于當(dāng)?shù)谝坏降谒臅r(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L分別設(shè)定為V1H、V2L、V3H和V4L時(shí)的情形的溝道電壓電平，同時(shí)實(shí)線指示出了對(duì)于當(dāng)?shù)谝坏降谒臅r(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L分別設(shè)定為V1L、V2H、V3L和V4H時(shí)的情形的溝道電壓電平。
在本實(shí)施例中，與第二和第一時(shí)鐘信號(hào)線31和32獨(dú)立地提供用來(lái)向輸出區(qū)1-2中的轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6饋送第四和第三時(shí)鐘信號(hào)φ2L和φ1L的第四和第三時(shí)鐘信號(hào)線33和34。因此，在高速操作中，第三和第四時(shí)鐘信號(hào)φ1L和φ2L呈現(xiàn)出|V1H-V1L|的振幅。
結(jié)果，如圖15所示，在輸出區(qū)1-2中第三和第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)6和5下方的存儲(chǔ)區(qū)的溝道電壓電平比主CCD區(qū)1-1中的溝道電壓電平深ΔV1。這允許利用邊緣場(chǎng)效應(yīng)，以由此抑制輸出區(qū)1-2中的電荷轉(zhuǎn)移失敗。
(第二實(shí)施例)在下面，進(jìn)行描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在下面，相同的元件用與第一實(shí)施例相同的標(biāo)號(hào)表示；由相同的標(biāo)號(hào)表示的元件同樣設(shè)計(jì)來(lái)提供相同的功能。因此，省略了對(duì)由與第一實(shí)施例中相同的標(biāo)號(hào)表示的元件的重復(fù)描述。
圖16是第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的平面圖。第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件具有CCD 1和時(shí)鐘產(chǎn)生器2。CCD 1另外包括第五轉(zhuǎn)移電極對(duì)6a。第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像器件通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂频谖鍟r(shí)鐘信號(hào)φ1L′的波形實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)相鄰像素的信號(hào)電荷的求和。時(shí)鐘產(chǎn)生器2內(nèi)部的時(shí)鐘產(chǎn)生器電路23，除了產(chǎn)生第一到第四時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L之外，還產(chǎn)生第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′。第五轉(zhuǎn)移電極對(duì)6a包括勢(shì)壘電極6a-1和存儲(chǔ)電極6a-2，它們被饋送有第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′。
圖17是示出第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。在輸出柵極7與第三和第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6之間，第五轉(zhuǎn)移電極對(duì)6a被定位于鄰近輸出柵極7。響應(yīng)于第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′，第五轉(zhuǎn)移電極對(duì)6a將從相鄰的第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5接收的信號(hào)電荷通過(guò)輸出柵極7轉(zhuǎn)移到浮置二極管9。
圖18是示出第二實(shí)施例中的CCD 1的操作時(shí)序的時(shí)序圖。如圖18所示，第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′的一個(gè)循環(huán)周期是第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L的循環(huán)周期的三倍長(zhǎng)。第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′的“高”和“低”電平分別為V5H和V5L。在t21時(shí)刻，第一和第三時(shí)鐘信號(hào)φ1和φ1L設(shè)定為“高”電平，并且第二和第四時(shí)鐘信號(hào)φ2和φ2L設(shè)定為“低”電平。在這時(shí)，饋送到第五轉(zhuǎn)移電極對(duì)6a的第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′設(shè)定為“高”電平。在t22時(shí)刻，第一到第五時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L、φ2L和φ1L′被反轉(zhuǎn)。在t23時(shí)刻，復(fù)位脈沖信號(hào)φR被上拉，以復(fù)位浮置二極管9。最終，在t24時(shí)刻，在浮置二極管9被復(fù)位之后，除第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′之外，時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L和φ2L被反相反轉(zhuǎn)。
圖19示出了響應(yīng)于上述時(shí)鐘信號(hào)，CCD 1內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移操作。在t21時(shí)刻，信號(hào)電荷Q1在存儲(chǔ)電極6a-2下方的存儲(chǔ)區(qū)中積聚。在t22時(shí)刻，轉(zhuǎn)移除信號(hào)電荷Q1之外的由數(shù)字Q2到Q4表示的信號(hào)電荷，而信號(hào)電荷Q1完全留下。
在t23時(shí)刻，信號(hào)電荷Q2加入到存儲(chǔ)電極6a-2下方的存儲(chǔ)區(qū)中的信號(hào)電荷Q1。隨后通過(guò)輸出柵極7下方的溝道，加在一起的信號(hào)電荷Q1和Q2被注入到浮置二極管9。重復(fù)該操作，以響應(yīng)于來(lái)自相鄰的兩個(gè)像素的信號(hào)電荷之和Q1+Q2、Q3+Q4…來(lái)產(chǎn)生輸出電壓。
圖20是示出第二實(shí)施例中的輸出電壓Vout的波形的時(shí)序圖。如圖20所示，與第一實(shí)施例的情況一樣，在第二實(shí)施例的CCD 1中降低了輸出電壓Vout的耦合噪聲。應(yīng)該把耦合噪聲的降低歸功于第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′以與第三和第四時(shí)鐘信號(hào)φ1L和φ2L相同的延遲時(shí)序被轉(zhuǎn)變的事實(shí)。
另外，第二實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件有效地減低了高速操作中的電荷轉(zhuǎn)移失敗，與第一實(shí)施例的情況一樣。圖21示出了在第二實(shí)施例中高速操作中，跨過(guò)CCD 1的電位分布。
在圖21中，虛線指出了第一到第五時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L、φ2L和φ1L′分別設(shè)定為V1H、V2L、V3H、V4L和V5H的情況下的溝道電壓電平，同時(shí)實(shí)線指示出第一到第五時(shí)鐘信號(hào)φ1、φ2、φ1L、φ2L和φ1L′分別設(shè)定為V1L、V2H、V3L、V4H和V5L的情況下的溝道電壓電平。如圖21所示，輸出區(qū)1-2中的第三和第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6下方的存儲(chǔ)區(qū)的溝道電壓電平比主CCD區(qū)1-1中的溝道電壓電平深ΔV1，如圖21所示。這有效地抑制了輸出區(qū)1-2中的電荷轉(zhuǎn)移失敗。
如此所述，第二實(shí)施例中檢測(cè)相鄰兩個(gè)像素的信號(hào)電荷總數(shù)的CCD 1的設(shè)計(jì)，通過(guò)用第五時(shí)鐘信號(hào)φ1L′驅(qū)動(dòng)第五轉(zhuǎn)移電極對(duì)6a，有效地降低了耦合噪聲，同時(shí)有效地抑制了高速操作中輸出區(qū)1-2中的電荷轉(zhuǎn)移失敗。
(第三實(shí)施例)圖22是示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的平面圖。第三實(shí)施例中的時(shí)鐘產(chǎn)生器2包括一組反相器22-1到22-4。第一和第三反相器22-1和22-3的輸入共同連接到第一節(jié)點(diǎn)N1，其中第一節(jié)點(diǎn)N1連接到時(shí)鐘產(chǎn)生器電路23的第一輸出。第二和第四反相器22-2和22-4的輸入共同連接到第二節(jié)點(diǎn)N2，其中第二節(jié)點(diǎn)N2連接到時(shí)鐘產(chǎn)生器電路23的第二輸出。時(shí)鐘產(chǎn)生器2的這種布置有效地減少了時(shí)鐘產(chǎn)生器電路23的輸出的數(shù)目。
(第四實(shí)施例)圖23是示出本發(fā)明的第四實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖。第四實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件包括第一和第二接觸焊盤(pán)43和44，其分別用于從與時(shí)序產(chǎn)生器40連接的第一和第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路41和42外接收時(shí)鐘信號(hào)。
在第四實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的操作中，第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路41向第一接觸焊盤(pán)43饋送時(shí)鐘信號(hào)，并且第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路42將另一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)饋送到第二接觸焊盤(pán)44。饋送到第一和第二接觸焊盤(pán)43和44的時(shí)鐘信號(hào)的相位彼此相反。
第一接觸焊盤(pán)43與第二時(shí)鐘信號(hào)線31和第四時(shí)鐘信號(hào)線33連接。第二時(shí)鐘信號(hào)線31和第四時(shí)鐘信號(hào)線33的每個(gè)的一端與第一接觸焊盤(pán)43連接，使得它們的其它部分彼此分開(kāi)。換句話說(shuō)，第二時(shí)信號(hào)鐘線31和第四時(shí)鐘信號(hào)線33從第一接觸焊盤(pán)43分支。相應(yīng)地，第一時(shí)鐘信號(hào)線32和第三時(shí)鐘信號(hào)線34的每個(gè)的一端與第二接觸焊盤(pán)44連接，使得它們的其它部分彼此分開(kāi)。換句話說(shuō)，第一時(shí)鐘信號(hào)線32和第三時(shí)鐘信號(hào)線34從第二接觸焊盤(pán)44分支。
與第一到第三實(shí)施例的情況一樣，第二時(shí)鐘信號(hào)線31用來(lái)將第二時(shí)鐘信號(hào)φ2饋送到主CCD區(qū)1-1中的第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3(每個(gè)包括勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極3-1和3-2)，并且第四時(shí)鐘信號(hào)線33用來(lái)將第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L饋送到輸出區(qū)1-2中的第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5(每個(gè)包括勢(shì)壘和存儲(chǔ)電極5-1和5-2)。相應(yīng)地，第一時(shí)鐘信號(hào)線32用來(lái)將第一時(shí)鐘信號(hào)φ1饋送到主CCD區(qū)1-1中的第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4，并且第三時(shí)鐘信號(hào)線34用來(lái)將第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L饋送到輸出區(qū)1-2中的第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6。
如圖23所示，與第四和第三時(shí)鐘信號(hào)線33和34連接的第四和第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的數(shù)目比與第二和第一時(shí)鐘信號(hào)線31和32連接的第二和第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)3和4的數(shù)目小。
因此，第四和第三時(shí)鐘信號(hào)線33和34的寄生電容比第二和第一時(shí)鐘信號(hào)線31和32的寄生電容小。與在CCD 1上用一對(duì)公共時(shí)鐘線來(lái)饋送一對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的情形相比，這有效地抑制了饋送到輸出區(qū)1-2內(nèi)部的轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的時(shí)鐘信號(hào)的波形失真。本實(shí)施例中的上述體系結(jié)構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)了在減少時(shí)鐘緩沖器數(shù)目情況下的高速電荷傳輸。
(第五實(shí)施例)圖24是示出本發(fā)明的第五實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)的平面圖。第五實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件包括第一和第二接觸焊盤(pán)43和44，其分別用于從與時(shí)序產(chǎn)生器40連接的第一和第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路41和42外接收時(shí)鐘信號(hào)。
在第五實(shí)施例中的固態(tài)圖像傳感器件的操作中，第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路41向第一接觸焊盤(pán)43饋送時(shí)鐘信號(hào)，并且第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路42將另一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)饋送到第二接觸焊盤(pán)44。饋送到第一和第二接觸焊盤(pán)43和44的時(shí)鐘信號(hào)的相位彼此相反。
第一接觸焊盤(pán)43與連接節(jié)點(diǎn)N3連接，其中節(jié)點(diǎn)N3與第二時(shí)鐘線31和第四時(shí)鐘信號(hào)線33連接。第二時(shí)鐘線31和第四時(shí)鐘信號(hào)線33的每個(gè)的一端與連接節(jié)點(diǎn)N3連接，并且它們的其它部分彼此分開(kāi)。換句話說(shuō)，第二時(shí)鐘線31和第四時(shí)鐘信號(hào)線33從連接節(jié)點(diǎn)N3分支。
相應(yīng)地，第二接觸焊盤(pán)44與連接節(jié)點(diǎn)N4連接，其中節(jié)點(diǎn)N4與第一時(shí)鐘線32和第三時(shí)鐘信號(hào)線34連接。第一時(shí)鐘線32和第三時(shí)鐘信號(hào)線34的每個(gè)的一端與連接節(jié)點(diǎn)N4連接，并且它們的其它部分彼此分開(kāi)。換句話說(shuō)，第一時(shí)鐘線32和第三時(shí)鐘信號(hào)線34從連接節(jié)點(diǎn)N4分支。
與第一到第四實(shí)施例中的情況一樣，第二時(shí)鐘信號(hào)線31用來(lái)將第二時(shí)鐘信號(hào)φ2饋送到主CCD區(qū)1-1中的第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3，并且第一時(shí)鐘信號(hào)線32用來(lái)將第一時(shí)鐘信號(hào)φ1饋送到主CCD區(qū)1-1中的第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4。另外，第四時(shí)鐘信號(hào)線33用來(lái)將第四時(shí)鐘信號(hào)φ2L饋送到輸出區(qū)1-2中的第四轉(zhuǎn)移電極對(duì)5，并且第三時(shí)鐘信號(hào)線34用來(lái)將第三時(shí)鐘信號(hào)φ1L饋送到輸出區(qū)1-2中的第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6。
如圖24所示，與第四時(shí)鐘信號(hào)線33連接的第四移電極對(duì)5的數(shù)目比與第二時(shí)鐘信號(hào)線31連接的第二轉(zhuǎn)移電極對(duì)3的數(shù)目小。因此，第四時(shí)鐘信號(hào)線33的寄生電容比第二時(shí)鐘信號(hào)線31的寄生電容小。相應(yīng)地，與第三時(shí)鐘信號(hào)線34連接的第三轉(zhuǎn)移電極對(duì)6的數(shù)目比與第一時(shí)鐘信號(hào)線32連接的第一轉(zhuǎn)移電極對(duì)4的數(shù)目小。因此，第三時(shí)鐘信號(hào)線34的寄生電容比第一時(shí)鐘信號(hào)線32的寄生電容小。這種體系結(jié)構(gòu)可降低饋送到輸出區(qū)1-2中的轉(zhuǎn)移電極對(duì)5和6的時(shí)鐘信號(hào)的波形失真。
顯而易見(jiàn)，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，其可以被修改和變化。尤其應(yīng)該注意，如果在結(jié)構(gòu)或操作中沒(méi)有導(dǎo)致任何矛盾，可以組合上述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種電荷耦合器件，包括輸出柵極；響應(yīng)于一組時(shí)鐘信號(hào)來(lái)操作的主CCD區(qū)；和輸出區(qū)，其位于所述輸出柵極和所述主CCD區(qū)之間并且用于將從所述主CCD區(qū)接收的電荷轉(zhuǎn)移到所述輸出柵極；其中所述主CCD區(qū)包括接收所述一組時(shí)鐘信號(hào)的第一和第二轉(zhuǎn)移電極，并且所述輸出區(qū)包括接收相位彼此相反的時(shí)鐘信號(hào)的第三和第四轉(zhuǎn)移電極，其中由所述第一和第二轉(zhuǎn)移電極接收的所述一組時(shí)鐘信號(hào)和由所述第三和第四轉(zhuǎn)移電極接收的所述時(shí)鐘信號(hào)是從不同的驅(qū)動(dòng)電路輸出的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電荷耦合器件，其中由所述第一和第二轉(zhuǎn)移電極接收的所述一組時(shí)鐘信號(hào)包括第一時(shí)鐘信號(hào)；和與所述第一時(shí)鐘信號(hào)相位相反的第二時(shí)鐘信號(hào)，其中由所述第三和第四轉(zhuǎn)移電極接收的所述時(shí)鐘信號(hào)包括具有與所述第一時(shí)鐘信號(hào)相同循環(huán)周期的第三時(shí)鐘信號(hào)；和具有與所述第二時(shí)鐘信號(hào)相同循環(huán)周期的第四時(shí)鐘信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電荷耦合器件，進(jìn)一步包括將所述第一時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述主CCD區(qū)的第一時(shí)鐘信號(hào)線；將所述第二時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述主CCD區(qū)的第二時(shí)鐘信號(hào)線；第三時(shí)鐘信號(hào)線，其與所述第一和第二時(shí)鐘信號(hào)線分離地設(shè)置，并將所述第三時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述第四轉(zhuǎn)移電極；和第四時(shí)鐘信號(hào)線，其與所述第一和第二時(shí)鐘信號(hào)線分離地設(shè)置，并將所述第四時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述第三轉(zhuǎn)移電極；其中所述第三時(shí)鐘信號(hào)線與所述第四轉(zhuǎn)移電極連接，而不與所述主CCD區(qū)連接，并且其中所述第四時(shí)鐘信號(hào)線與所述第三轉(zhuǎn)移電極連接，而不與所述主CCD區(qū)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電荷耦合器件，其中所述第三和第四轉(zhuǎn)移電極彼此相鄰布置，并且其中所述第三和第四轉(zhuǎn)移電極中的一個(gè)與所述輸出柵極相鄰布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電荷耦合器件，進(jìn)一步包括連接在所述輸出柵極與所述第三和第四轉(zhuǎn)移電極中的所述一個(gè)之間的第五轉(zhuǎn)移電極，其中所述第五轉(zhuǎn)移電極接收第五時(shí)鐘信號(hào)，該第五時(shí)鐘信號(hào)具有與所述第三時(shí)鐘信號(hào)的循環(huán)周期的整倍數(shù)相同的循環(huán)周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電荷耦合器件，其中所述第一至第四時(shí)鐘信號(hào)的頻率是可改變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電荷耦合器件，進(jìn)一步包括電荷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散層，所述電荷通過(guò)該電荷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散層在所述主CCD區(qū)和所述輸出區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移，其中在所述輸出區(qū)中，所述電荷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散層朝著所述輸出柵極漸縮，并且其中所述第三和第四轉(zhuǎn)移電極的長(zhǎng)度隨著所述電荷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散層的寬度減小而增加。
8.一種固態(tài)圖像傳感器件，包括輸出柵極；主CCD區(qū)，其包括第一和第二轉(zhuǎn)移電極；輸出區(qū)，其位于所述輸出柵極和所述主CCD區(qū)之間，并且用于將從所述主CCD區(qū)接收的電荷轉(zhuǎn)移到所述輸出柵極，所述輸出區(qū)包括第三和第四轉(zhuǎn)移電極；第一接觸焊盤(pán)；第二接觸焊盤(pán)；與所述第一接觸焊盤(pán)連接的第二和第四時(shí)鐘信號(hào)線；和與所述第二接觸焊盤(pán)連接的第一和第三時(shí)鐘信號(hào)線，其中所述第一時(shí)鐘信號(hào)線將第一時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述第一轉(zhuǎn)移電極；其中所述第二時(shí)鐘信號(hào)線將第二時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述第二轉(zhuǎn)移電極；其中所述第三時(shí)鐘信號(hào)線將第三時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述第三轉(zhuǎn)移電極；其中所述第四時(shí)鐘信號(hào)線將所述第四時(shí)鐘信號(hào)饋送到所述第四轉(zhuǎn)移電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的固態(tài)圖像傳感器件，其中與所述第三時(shí)鐘信號(hào)線連接的所述第三轉(zhuǎn)移電極的數(shù)目少于與所述第一時(shí)鐘信號(hào)線連接的所述第一轉(zhuǎn)移電極的數(shù)目。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的固態(tài)圖像傳感器件，其中與所述第四時(shí)鐘信號(hào)線連接的所述第四轉(zhuǎn)移電極的數(shù)目少于與所述第二時(shí)鐘信號(hào)線連接的所述第二轉(zhuǎn)移電極的數(shù)目。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的固態(tài)圖像傳感器件，其中所述第二和第四時(shí)鐘信號(hào)線在除了所述第一接觸焊盤(pán)之外的部分彼此分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的固態(tài)圖像傳感器件，其中所述第一和第三時(shí)鐘信號(hào)線在除了所述第二接觸焊盤(pán)之外的部分彼此分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的固態(tài)圖像傳感器件，其中所述第二和第四時(shí)鐘信號(hào)線從所述第一接觸焊盤(pán)分支。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的固態(tài)圖像傳感器件，其中所述第一和第三時(shí)鐘信號(hào)線從所述第二接觸焊盤(pán)分支。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的固態(tài)圖像傳感器件，進(jìn)一步包括與所述第一接觸焊盤(pán)連接的第一節(jié)點(diǎn)；和與所述第二接觸焊盤(pán)連接的第二節(jié)點(diǎn)，其中所述第二和第四時(shí)鐘信號(hào)線每個(gè)都具有與所述第一節(jié)點(diǎn)連接的端部，其中所述第一和第三時(shí)鐘信號(hào)線每個(gè)都具有與所述第二節(jié)點(diǎn)連接的端部。
全文摘要
一種電荷耦合器件具有輸出柵極(7)；響應(yīng)于一組時(shí)鐘信號(hào)(φ1，φ2)來(lái)操作的主CCD區(qū)(1－1)；和輸出區(qū)(1－2)，其位于輸出柵極(7)和主CCD區(qū)(1－1)之間并用于將從主CCD區(qū)(1－1)接收的電荷轉(zhuǎn)移給輸出柵極(7)。主CCD區(qū)(1－1)包括第一和第二轉(zhuǎn)移電極(4，3)。輸出區(qū)(1－2)包括第三和第四轉(zhuǎn)移電極(6，5)，其接收相位彼此相反的時(shí)鐘信號(hào)(φ1L，φ2L)。由CCD區(qū)(1－1)接收的一組時(shí)鐘信號(hào)(φ1，φ2)和由輸出區(qū)(1－2)接收的時(shí)鐘信號(hào)(φ1L，φ2L)從不同的驅(qū)動(dòng)電路輸出。
文檔編號(hào)H04N5/372GK101047197SQ20071009142
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者松山英二 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司