專利名稱：電荷傳輸裝置及其驅(qū)動(dòng)方法及固態(tài)圖像攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電荷傳輸裝置，尤其涉及利用高析像清晰度傳感器讀出微小間距像素信號(hào)的多線讀出CCD(電荷耦合器件)寄存器驅(qū)動(dòng)方法。
像CCD寄存器這樣的電荷傳輸裝置，作為固態(tài)圖像讀出裝置(以下簡(jiǎn)稱圖像讀出器)的信號(hào)電荷傳輸部件，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。尤其是多線讀出CCD寄存器適用于微小間距的高析像清晰度傳感器，因此其重要性增大。
首先，以采用多線讀出CCD寄存器的CCD線性圖像讀出器為例，說(shuō)明現(xiàn)有的一般結(jié)構(gòu)。
圖26是現(xiàn)有半導(dǎo)體基片上的平面結(jié)構(gòu)圖。該圖表示采用稱為雙線讀出法用兩個(gè)CCD寄存器3、5讀出一行像素1的情況。移位門2是針對(duì)全部像素設(shè)置的，轉(zhuǎn)移門4則是針對(duì)上述一行像素中的一個(gè)像素設(shè)置的。如圖8中箭頭所示，將給定的驅(qū)動(dòng)脈沖加到電極上，奇數(shù)號(hào)的像素信號(hào)電荷被傳送到外側(cè)的CCD寄存器，而偶數(shù)號(hào)的像素信號(hào)電荷則被傳送到內(nèi)側(cè)的CCD寄存器。當(dāng)分別被傳輸?shù)礁鱾€(gè)寄存器后，通過(guò)輸出緩沖器輸出到外部。因此，使用同一間距的CCD寄存器，就能輸送兩倍的信號(hào)電荷，所以能以兩倍的間距配置像素。因此，采用多線讀出CCD寄存器的線性圖像傳感器，就能提高像素的排列密度。
圖26所示半導(dǎo)體基片上A-A′、B-B′線的斷面圖以及該部分的電位分布如圖27、28所示。圖28所示，是該半導(dǎo)體基片的主要部分的放大平面圖。該寄存器在t1～t5的輸送時(shí)刻的時(shí)間內(nèi)輸送一個(gè)給定信號(hào)電荷的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖如圖25所示。移位門2及轉(zhuǎn)移門4分別與專用的驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線SH，TG連接，在CCD寄存器3及5中，驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ1及φ2分別與其校正傳輸電極互相連接。例如，圖26中的A-A′部分的傳輸電極與驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ1連接，與其相鄰的B-B′部分的傳輸電極則與驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ2連接。首先，在時(shí)刻t1，信號(hào)電荷存放在像素1中。然后，在到達(dá)時(shí)刻t2時(shí)，脈沖電壓加到移位門2上，門被導(dǎo)通，信號(hào)電荷便從像素移至移位門2。首次，在時(shí)刻t3，順序移至CCD寄存器31、32。接著，在時(shí)刻t4，只有CCD寄存器31中的信號(hào)電荷被移到轉(zhuǎn)移門4中，在時(shí)刻t5，移至CCD寄存器51。此后，電荷由兩相脈沖傳輸?shù)紺CD中，并輸出到外部。
多線讀出CCD寄存器的問(wèn)題所在是電荷在寄存器之間傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生殘留電荷。在有電荷殘留時(shí)，圖像上會(huì)出現(xiàn)線條，非常顯眼，因此，在一行中即使只有一個(gè)比特的信號(hào)，往往會(huì)使整條通道變壞，成為通道合格率下降的重要原因。
造成電荷殘留的原因，往往是第一寄存器出口處的通道變窄，由于通道效應(yīng)而形成阻擋層，或者由于污染等原因，有時(shí)會(huì)使通道中殘留電荷。這些問(wèn)題通過(guò)在模式工藝上想辦法，還是能夠得到改善的，但是要使一行中的殘留電荷為零卻極為困難。再者，今后由于高靈敏度化的趨勢(shì)，所用電荷的數(shù)量會(huì)變小，而由于像素增多的趨勢(shì)，又會(huì)使信號(hào)數(shù)量增多，結(jié)果使產(chǎn)生電荷殘留的概率增大。
本發(fā)明的電荷傳輸裝置的特征是它備有半導(dǎo)體基片，若干個(gè)傳輸電極，若干個(gè)電荷傳輸部件，若干個(gè)轉(zhuǎn)移門電路以及匯集電荷的設(shè)施;傳輸電極是在上述半導(dǎo)體基片上形成的，用來(lái)傳輸在半導(dǎo)體基片上產(chǎn)生的信號(hào)電荷;電荷傳輸部件并排裝設(shè)在上述半導(dǎo)體基片上;轉(zhuǎn)移門電路用來(lái)傳輸在并排安裝的若干個(gè)電荷傳輸部件之間形成的信號(hào)電荷，該電荷是在上述的若干個(gè)電荷傳輸部件之中某一個(gè)給定的電荷傳輸部件的給定傳輸電極上形成的;將這種電荷采用給定的驅(qū)動(dòng)脈沖，通過(guò)門電部依次轉(zhuǎn)移到相鄰的下一個(gè)電荷傳輸部件的給定傳輸電極上;匯集電荷設(shè)施用來(lái)通過(guò)另外的一個(gè)轉(zhuǎn)移門，將在向上述下一個(gè)電荷傳輸部件上轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷時(shí)在上述給定電荷傳輸部件上殘留的電荷，從上述給定電荷傳輸部件傳輸?shù)较乱粋€(gè)電荷傳輸部件上，從而使上述殘留電荷與上述給定的信號(hào)電荷匯集在一起。另外還可設(shè)置信號(hào)電荷的。累加寄存器，用來(lái)在將上述若干個(gè)電荷傳輸部件中的給定電荷傳輸部件中的給定的傳輸電極中的信號(hào)電荷、采用給定的驅(qū)動(dòng)脈沖、向相鄰的下一個(gè)電荷傳輸部件的給定的傳輸電極轉(zhuǎn)移的期間，將殘留的信號(hào)電荷暫時(shí)存放在上述給定傳輸部件中的任一傳輸電極中。上述若干個(gè)電荷傳輸部分的若干個(gè)傳輸電極可以分別由兩個(gè)電極構(gòu)成，在這兩個(gè)電極上可以分別連接各電荷傳輸部件進(jìn)行傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線以及電荷傳輸部件進(jìn)行反向傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線。在上述若干個(gè)電荷傳輸部件上，還可以分別裝設(shè)數(shù)量不等的傳輸電極。
另外，電荷傳輸裝置的驅(qū)動(dòng)方法的特征為該方法包括通過(guò)規(guī)定的轉(zhuǎn)移門，將規(guī)定的信號(hào)電荷，從給定的電荷傳輸部件，轉(zhuǎn)移到下一個(gè)電荷傳輸部件的方法;將轉(zhuǎn)移到上述下一個(gè)電荷傳輸部件的上述給定的信號(hào)電荷，傳輸?shù)缴鲜鱿乱粋€(gè)電荷傳輸部件的若干個(gè)傳輸電極中的方法;將殘留在上述給定電荷傳輸部件的上述給定的信號(hào)電荷的殘留電荷，傳輸?shù)缴鲜鼋o定的電荷傳輸部件的若干個(gè)傳輸電極中的方法;通過(guò)另一個(gè)轉(zhuǎn)移門，將傳輸?shù)缴鲜鼋o定電荷傳輸部件的上述若干個(gè)傳輸電極處的上述殘留電荷，從上述給定的電荷傳輸部件轉(zhuǎn)移到上述下一個(gè)電荷傳輸部件，從而使上述殘留電荷與上述給定的信號(hào)電荷匯合的方法。而且使上述殘留電荷與上述給定的信號(hào)電荷匯合的動(dòng)作，可以進(jìn)行兩次以上。還可以增加一個(gè)暫時(shí)累加寄存信號(hào)電荷的方法，即在使上述殘留電荷在上述下一個(gè)電荷傳輸部件中與上述給定的信號(hào)電荷匯合的過(guò)程中，將殘留的信號(hào)電荷暫時(shí)存放在上述給定電荷傳輸部件中任意的傳輸電極中。還可以采用這樣的方法，即在上述給定的殘留電荷在上述下一個(gè)電荷傳輸部分中與上述給定的信號(hào)電荷匯合后，將該給定的信號(hào)電荷反向傳輸?shù)缴鲜鱿乱粋€(gè)電荷傳輸部分的傳輸電極中的方法。另外，上述本發(fā)明的電荷傳輸裝置能適用于具有像素部件的固態(tài)攝像裝置。
通過(guò)將殘留電荷從第1CCD寄存器轉(zhuǎn)移到第2CCD寄存的動(dòng)作，將殘留電荷轉(zhuǎn)移到與第1CCD寄存器不同的傳輸電極上。而且至少進(jìn)行一次這種轉(zhuǎn)移。如果連續(xù)轉(zhuǎn)移若干次，則寄存器之間傳輸不徹底的概率顯著變小，殘留電荷減少。
另外，在像素和第1CCD寄存器之間設(shè)置累加寄存器，用來(lái)在電荷在寄存器之間傳輸期間，將在寄存器之間傳輸后傳輸來(lái)的下一批電荷存放在第1CCD寄存器中，可以防止下一批電荷混入寄存器之間的傳輸過(guò)程中。
圖1是本發(fā)明的第1個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的放大平面圖。
圖2是在半導(dǎo)體基片上形成的圖1中的電荷傳輸裝置的平面圖。
圖3是圖2中的A-A′部分的斷面圖及該部分的電位分布圖。
圖4是圖2中的B-B′部分的斷面部分及該部分的電位分布圖。
圖5是第1個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。
圖6是表示第1個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的電極結(jié)構(gòu)的放大平面圖。
圖7是圖6中的C-C′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖8是第2個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的放大平面圖。
圖9是第2個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。
圖10是第2個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸說(shuō)明圖。
圖11是第2個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸說(shuō)明圖。
圖12是第3個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的放大平面圖。
圖13是圖12中的E-E′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖14是第3個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。
圖15是第4個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的放大平面圖。
圖16是第4個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。
圖17是圖15中的F-F′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖18是第5個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的放大平面圖。
圖19是圖18中的G-G′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖20是第5個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。
圖21是第6個(gè)實(shí)施例的電荷傳輸裝置的平面圖。
圖22是第7個(gè)實(shí)施例的區(qū)域傳感器的平面圖。
圖23是圖22的放大平面圖。
圖24是圖23中的H-H′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖25是第7個(gè)實(shí)施例驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。
圖26是現(xiàn)有的電荷傳輸裝置的平面圖。
圖27是圖26中的A-A′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖28是圖26中的B-B′部分的斷面圖及其電位分布圖。
圖29是圖26的放大平面圖。
圖中1像素2移位門3第1電荷傳輸部件(CCD寄存器)31第1電荷傳輸部件的傳輸電極32第1電荷傳輸部件的傳輸電極33第1電荷傳輸部件的傳輸電極34第1電荷傳輸部件的傳輸電極4轉(zhuǎn)移門41轉(zhuǎn)移門的傳輸電極42轉(zhuǎn)移門的傳輸電極5第2電荷傳輸部件(CCD寄存器)51第2電荷傳輸部件的傳輸電極52第2電荷傳輸部件的傳輸電極53第2電荷傳輸部件的傳輸電極54第2電荷傳輸部件的傳輸電極6輸出緩沖器7輸出緩沖器8累加寄存器81累加寄存器的積蓄電極82累加寄存部件的積蓄電極
10半導(dǎo)體基片下面參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
首先參照?qǐng)D1至圖5，說(shuō)明第1個(gè)實(shí)施例。圖2中包括例如在P型硅等半導(dǎo)體基片10上形成的CCD寄存器等中的電荷傳輸部件3及5的CCD線性圖像傳感器的平面圖。圖中所示是用2個(gè)CCD寄存器3、5采用稱為雙線讀出法讀出一行中像素1的情況。移位門2是針對(duì)全部像素設(shè)置的，轉(zhuǎn)移門4則是針對(duì)上述一行像素中的一個(gè)設(shè)置的。如圖2中的箭頭所示，通過(guò)將給定的驅(qū)動(dòng)脈沖加到各個(gè)電極上上，來(lái)自奇數(shù)號(hào)像素的信號(hào)電荷被傳輸?shù)酵鈧?cè)的CCD寄存器5，來(lái)自偶數(shù)號(hào)像素的信號(hào)電荷被傳輸?shù)絻?nèi)側(cè)的CCD寄存器3，信號(hào)電荷被傳輸?shù)礁鰿CD寄存器之后，通過(guò)輸出緩沖器6、7輸出到外部。因此，使用同一行距的CCD寄存器，就能傳送兩倍的信號(hào)電荷，因此能以2倍的行距排列像素。結(jié)果是采用多線讀出CCD寄存器的線性圖像傳感器能夠提高像素的排列密度。另外，在本實(shí)施例中，在移位門2和第1電荷傳輸部分3之間設(shè)有帶積蓄電極81、82……的累加寄存器8。
圖2所示的半導(dǎo)體基片的A-A′、B-B′線部分的斷面圖和該部分的電位分布圖見(jiàn)圖3及4所示。半導(dǎo)體基片的主要部分的放大平面圖如圖1所示。傳輸該CCD寄存器中給定的一個(gè)信號(hào)電荷的傳輸時(shí)刻t1～t10之間的驅(qū)動(dòng)時(shí)間如圖5所示。移位門2、累加寄存器8及轉(zhuǎn)移門4分別與專用的驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線SH、ST、TG相連接，驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ1和φ2經(jīng)過(guò)校正的傳輸電極分別連接到CCD寄存器3、5上。例如，驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ1連接在圖2中的A-A′部分的傳輸電極上，驅(qū)動(dòng)脈沖線φ2連接在相鄰的B-B′部分的傳輸電極上。
本實(shí)施例所示本發(fā)明的特征，在于上述的驅(qū)動(dòng)脈沖是φ1、φ2的波形。圖26所示，是現(xiàn)有CCD寄存器在將像素1上產(chǎn)生的一個(gè)給定信號(hào)電荷輸入到CCD寄存器3、5中時(shí)，在時(shí)刻t1～t5期間不形成脈沖。而本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)脈沖φ1、φ2，在將像素1上產(chǎn)生的一個(gè)給定信號(hào)電荷輸入到CCD寄存器3、5中時(shí)，在時(shí)刻t1～t10期間，以給定的排列方式產(chǎn)生若干個(gè)脈沖。當(dāng)上述所產(chǎn)生的脈沖傳輸?shù)男盘?hào)電荷中有一部分被殘留下來(lái)時(shí)，該殘留電荷，在傳輸?shù)倪^(guò)程中與轉(zhuǎn)移來(lái)的信號(hào)電荷匯合。在時(shí)刻t1，信號(hào)電荷存放在像素1中。在下一個(gè)時(shí)刻t2，信號(hào)電荷通過(guò)移位門2移至累加寄存器8，在下一時(shí)刻t3，只有積蓄電極81中的信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移到CCD寄存器3的傳輸電極31上。在下一時(shí)刻t4，脈沖加在脈沖導(dǎo)線TG上，信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移門4，在時(shí)刻t5，卸掉該脈沖，信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移到CCD寄存器5的傳輸電極51處，進(jìn)行第1次寄存器之間的傳輸。在下一時(shí)刻t6及t7，傳輸電極51中的信號(hào)電荷，通過(guò)傳輸電極54被轉(zhuǎn)移到傳輸電極53中。同時(shí)，如果CCD寄存器3的傳輸電極31中有殘留電荷時(shí)，該殘留電荷通過(guò)傳輸電極34，被轉(zhuǎn)移到傳輸電極33中。在下一時(shí)刻t8及t9，通過(guò)轉(zhuǎn)移門4的傳輸電極42，進(jìn)行第2次寄存器之間的傳輸，殘留電荷被轉(zhuǎn)移到CCD寄存器5的傳輸電極53中，與前一個(gè)信號(hào)電荷匯合。這里，在時(shí)刻t4～t8期間，電壓繼續(xù)加在累加寄存器8上，該部件的電平很低，所以積蓄電極82上的電荷，滯留在累加寄存器電極8中，因此，該電荷不會(huì)混入前一信號(hào)電荷中。最后，在時(shí)刻t10，將積蓄電極82中的電荷轉(zhuǎn)移到CCD寄存器3的傳輸電極32中，然后，通過(guò)兩相同步脈沖被傳輸?shù)紺CD中。采用這種方法，可將信號(hào)電荷殘留下來(lái)的殘留電荷，有效地收集到信號(hào)電荷中。
當(dāng)需要再重復(fù)寄存器之間的傳輸時(shí)，只要重復(fù)時(shí)刻t6～t8時(shí)的動(dòng)作即可。利用這種結(jié)構(gòu)，可將同一電荷在寄存器之間經(jīng)過(guò)數(shù)次傳輸，轉(zhuǎn)移到不同的電極中，因此產(chǎn)生殘留電荷的概率大幅度降低。另外，在像素和CCD寄存器之間設(shè)置累加寄存部件時(shí)，能夠避免電荷之間的混合。再者，在寄存器之間傳輸一次，通常需時(shí)1微秒以下，因此在寄存器之間即使反復(fù)傳輸數(shù)次，對(duì)總積分時(shí)間也幾乎沒(méi)有影響。
本實(shí)施例中使用的電荷傳輸部件的傳輸電極的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，示于圖6中的、在半導(dǎo)體基片10上形成的電荷傳輸裝置的放大平面圖中。電荷傳輸部件5的配置情況的C-C′部分的所面圖示于圖7。如圖所示，這些傳輸電極，都分別由兩個(gè)電極構(gòu)成。而且，各傳輸電極之間都通過(guò)脈沖導(dǎo)線φ1、φ2互相連接，通過(guò)這些脈沖導(dǎo)線，進(jìn)行電荷傳輸部件之間的電荷傳輸。例如，電荷傳輸裝置5的傳輸電極51是由電位不同的電極511和電極512構(gòu)成，這兩個(gè)電極都被連接在驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ1上。下一個(gè)傳輸電極54是由電極541和電極542構(gòu)成，這兩個(gè)電極都被連接在驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ2上。
以下參照?qǐng)D8～圖11，說(shuō)明第2個(gè)實(shí)施例。圖中，與第1個(gè)實(shí)施例一樣，例如，也對(duì)在硅等半導(dǎo)體基片10上形成的CCD寄存器中包括的雙線讀出CCD線性圖像傳感器進(jìn)行說(shuō)明。圖8是在半導(dǎo)體基片10上形成的圖像傳感器主要部分的平面圖。其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，也具有像素部件1、移位門2、第1CCD寄存器3、傳輸部件4、第2傳輸部件5和累加寄存器8。但在第1個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)成第1和第2CCD寄存器的若干個(gè)校正過(guò)的傳輸電極并聯(lián)成兩行，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線將這些CCD寄存器的給定行中的傳輸電極連接起來(lái)，作為一個(gè)傳輸段，構(gòu)成若干個(gè)傳輸段用的驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線，用脈沖電壓不同的兩種導(dǎo)線互相配置，通過(guò)兩相脈沖進(jìn)行各CCD寄存器內(nèi)的傳輸(參見(jiàn)圖1)。與此相反，在本實(shí)施例中，各CCD寄存器的傳輸電極都分別被分成兩個(gè)，其中一個(gè)是副電極。例如，CCD寄存器3的傳輸電極31、32、34，分別由電極311和312電極321和322以及電極341和342構(gòu)成。CCD寄存器5的傳輸電極51、52、54，分別由電極511和512，電極521和522，電極541和542構(gòu)成。而且，再將脈沖電壓不同的驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線交叉配置在這些CCD寄存器的各電極之間。驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ3連接電極312和512，驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線φ4連接電極342和542。
圖9是在傳輸來(lái)自像素的給定的一個(gè)信號(hào)電荷的同時(shí)，進(jìn)行反向傳輸?shù)膫鬏敃r(shí)刻t1～t12期間的驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。在時(shí)刻t1～t9的時(shí)間內(nèi)，寄存器之間的電荷傳輸動(dòng)作與第1個(gè)實(shí)施例相同，在此時(shí)間內(nèi)，信號(hào)電荷與其殘留電荷匯合。接著在時(shí)刻t10～t11，將信號(hào)電荷反向傳輸?shù)紺CD寄存器5中，在時(shí)刻t11傳輸?shù)紺CD寄存器5的傳輸電極52上，將積蓄電極82上的信號(hào)電荷傳輸?shù)紺CD寄存器3的傳輸電極32上，在時(shí)刻t12以后，使各信號(hào)電荷經(jīng)過(guò)CCD寄存器3、5向輸出部件傳輸。采用這種方法在寄存器之間傳輸時(shí)，因電荷經(jīng)過(guò)CCD寄存器5移動(dòng)，所以用CCD寄存器3和5讀出的時(shí)間有偏移。在本實(shí)施例中，利用反向傳輸，可以使寄存器內(nèi)開(kāi)始傳輸?shù)奈恢煤蜁r(shí)刻相同，因此能使兩個(gè)CCD寄存器輸出的信號(hào)大體上同時(shí)輸出，容易進(jìn)行后一階段的處理。該信號(hào)電荷從電荷傳輸部件5的傳輸電極51的電極511傳輸?shù)诫姌O531，再?gòu)碾姌O531反向傳輸?shù)诫姌O52。從該反向傳輸起，經(jīng)過(guò)再傳輸，直至輸出為止的動(dòng)作，用圖9中的編號(hào)1～11表示。而且該信號(hào)電荷按照?qǐng)D10及圖11所示的圖8中的D-D′部分的半導(dǎo)體基片內(nèi)的電位分布的變化而被傳輸。1～7是反向傳輸行徑，8～11是通常的傳輸行徑。該電荷傳輸部件5是4相結(jié)構(gòu)，但其中有兩相是通過(guò)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行傳輸?shù)?。這在寄存器之間傳輸次數(shù)多時(shí)，或者在轉(zhuǎn)移到分立的轉(zhuǎn)移門、在寄存器之間傳輸時(shí)是有效的，也不需要對(duì)CCD寄存器的級(jí)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
其次，參照?qǐng)D12至圖14，說(shuō)明第3個(gè)實(shí)施例。
圖12所示，是電荷傳輸部件3、5的電荷傳輸裝置的部分放大平面圖。圖13是上圖中E-E′部分的斷面圖及電位分布圖，圖14是驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。在第1個(gè)實(shí)施例中，上部的電荷傳輸部分3，即第1CCD寄存器的傳輸電極，與下部電荷傳輸部分5(第2CCD寄存器)對(duì)應(yīng)的傳輸電極一樣，都與驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線連接，但在本實(shí)施例中，卻與此不同。而是在上下CCD寄存器相對(duì)應(yīng)的電極上所加的脈沖相位相反。這樣一來(lái)，由于改變了驅(qū)動(dòng)脈沖的相位，可使殘留電荷在電荷傳輸部件5的傳輸電極上與信號(hào)電荷匯合時(shí)的時(shí)間一致。轉(zhuǎn)移門4中的電位分布形狀如圖13所示，非常簡(jiǎn)單。
以上實(shí)施例中所述的電荷傳輸裝置都是使用兩個(gè)CCD寄存器，但本發(fā)明對(duì)其數(shù)量不加限制。例如使用3個(gè)以上在用于固態(tài)攝像裝置時(shí)，像素的排列密度變大，因此可供半導(dǎo)體集成電路裝置中高集成化電路使用。在使電荷傳輸部件達(dá)到3個(gè)時(shí)，在電荷傳輸部件之間，要并聯(lián)配置2個(gè)轉(zhuǎn)移門。在前面所述的實(shí)施例中，一個(gè)轉(zhuǎn)移門對(duì)應(yīng)于兩個(gè)像素，而在配置2個(gè)轉(zhuǎn)移門的情況下，則變成對(duì)應(yīng)于3個(gè)像素。
另外，在以上的實(shí)施例中，該電荷傳輸裝置的驅(qū)動(dòng)方法，也都采用兩相驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但也可以像從前那樣使用3相或4相驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
接著，參照?qǐng)D15至圖17，說(shuō)明第4個(gè)實(shí)施例。它是表示用3相驅(qū)動(dòng)操作本發(fā)明的電荷傳輸裝置的例子。如圖15所示，是在半導(dǎo)體基片上形成的電荷傳輸部件的放大圖，圖中F-F′部分的電位分布與脈沖圖形都隨同圖16中的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的變化而變化，在傳輸信號(hào)電荷的同時(shí)，殘留電荷沿另外的路徑行進(jìn)，最后兩者匯合于電荷傳輸部件5。采用這種方法可用3個(gè)電極讀出2個(gè)像素，但驅(qū)動(dòng)方式復(fù)雜。圖17是圖15中的F-F′部分的斷面圖及其電位分布圖。
下面，參照?qǐng)D18至圖20，說(shuō)明第5個(gè)實(shí)施例。圖18是在半導(dǎo)體基片上形成的電荷傳輸部件的放大圖，圖19是上圖中的G-G′部分的斷面圖及該部分的電位分布圖，圖20是驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。本實(shí)施例的特征是不設(shè)置為避免電荷混合而設(shè)的累加寄存器8(ST)如圖中在半導(dǎo)體基片上形成的電荷傳輸部分的放大平面圖所示，G-G′部分的電位分布與脈沖電壓一樣，都是隨驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖中時(shí)間的變化而變化，在信號(hào)電荷傳輸?shù)耐瑫r(shí)，殘留電荷沿另外的路徑行進(jìn)，最后兩者都匯合于電荷傳輸部分5中。采用這種方法，就不必避免電荷的混合，因此，以前有兩種價(jià)值的脈沖電壓，現(xiàn)在具有了三種價(jià)值。
其次，參照?qǐng)D21說(shuō)明第6個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，第1電荷傳輸部件3與第2電荷傳輸部件5的傳輸電極數(shù)目不同，傳輸?shù)闹貜?fù)次數(shù)不同，這是本實(shí)施例的特征。使傳輸次數(shù)不同，可使讀出的時(shí)間一致。例如，在從給定的第1電荷傳輸部件3至第2電荷傳輸部件5，進(jìn)行寄存器之間的傳輸時(shí)，利用圖中A-A′部分的轉(zhuǎn)移門41進(jìn)行，從該轉(zhuǎn)移門41至輸出部分的傳輸階次數(shù)(傳輸電極數(shù))設(shè)置為在第1電荷傳輸部件3為m次，在第2電荷傳輸部件5為n次。如果傳輸次數(shù)相同，則會(huì)使信號(hào)電荷的讀出時(shí)間不同，因此適當(dāng)?shù)馗淖僲、n，可使讀出時(shí)間一致。
其次，參照?qǐng)D22至25，說(shuō)明第7個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例的特征為電荷傳輸裝置適用于二維的面積傳感器。線性傳感器只按橫-行的關(guān)系形成像素，而這種面積傳感器則按縱-列關(guān)系形成像素，所以包括若干列的像素。在各列上產(chǎn)生的電荷，從并列形成的垂直CCD(以下簡(jiǎn)稱VCCD)構(gòu)成的傳輸部件出發(fā)，經(jīng)第1電荷傳輸部件3、轉(zhuǎn)移門4、傳輸?shù)降?電荷傳輸部件5，通過(guò)輸出緩沖器6、7輸出到外部。在跟蹤像素部分的傳輸部件中，利用驅(qū)動(dòng)脈沖φV1、φV2、φV3、φV4驅(qū)動(dòng)電荷，在電荷傳輸部件3、5，利用驅(qū)動(dòng)脈沖φH1、φH2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種電荷傳輸部件是由水平CCD(以下簡(jiǎn)稱HCCD)構(gòu)成的。圖22是線間傳輸型面積傳感器。采用幀傳輸型的傳感器也與此基本相同。圖23是說(shuō)明用于傳輸信號(hào)電荷的上述面積傳感器的局部放大平面圖。圖24是上圖中的H-H′部分的斷面圖及該部分的電位分布圖。圖25是驅(qū)動(dòng)時(shí)間圖。信號(hào)電荷按照該驅(qū)動(dòng)時(shí)間傳輸?shù)诫姾蓚鬏敳考?，可與其殘留的電荷緊臨輸出部件之前匯合。
再者，除上述實(shí)施例之外，在從像素至電荷傳輸部件之間的連接部件，將下述線路中的信號(hào)電荷積蓄在累加寄存器(ST)或移位門(SH)中的方法，除了前面所述的實(shí)施例之外，還有如下的方法。首先，將累加寄存器8的積蓄電極分成兩種電極，通過(guò)對(duì)各種電極進(jìn)行控制，防止信號(hào)電荷之間的混合。另外，還有一種方法是將信號(hào)數(shù)對(duì)半分開(kāi)，在緊臨輸出部件之前匯合。這時(shí)，只要考慮將像素?cái)?shù)對(duì)半分即可，雖然達(dá)不到微細(xì)化，但可并列讀出信號(hào)電荷，能做到高速化。
其次，從概率角度說(shuō)明在上述實(shí)施例中所用的驅(qū)動(dòng)方法對(duì)于減少殘留電荷的作用效果。首先，利用下述方法計(jì)算出在一條線路中的寄存器之間傳輸時(shí)產(chǎn)生的殘留電荷為0的概率。首先，在寄存器之間只傳輸一次的現(xiàn)有示例中，設(shè)信號(hào)電荷的存儲(chǔ)桶數(shù)為M，在寄存器間傳輸一個(gè)信號(hào)電荷時(shí)因效果不好而產(chǎn)生的殘留電荷的概率為P，則殘留電荷為0的概率PO(M)為PO(M)＝(1-P)M……(1)在寄存器之間重復(fù)傳輸一次時(shí)，在M個(gè)轉(zhuǎn)移門中，在連續(xù)連接的兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)移門中不產(chǎn)生殘留電荷的概率P1(M)內(nèi)，將在第M個(gè)門中產(chǎn)生殘留電荷的概率設(shè)為A1(M)，不產(chǎn)生的概率設(shè)為B1(M)，則下式(2)、(3)成立。
式(2)表達(dá)如下
式中P1(M)＝A1(M)+B1(M)……(3)在寄存器之間重復(fù)傳輸二次或三次時(shí)，也用同樣的思考方法求出其概率。在寄存器之間反復(fù)傳輸二次時(shí)，與重復(fù)一次時(shí)一樣，在全部轉(zhuǎn)移門中，在連續(xù)三個(gè)以上的門中電荷不殘留的概率為P2(M)，在第M-1號(hào)和第M號(hào)的門中，殘留電荷的有無(wú)按下列表1劃分時(shí)，式(3)、(4)成立。
式(4)表達(dá)如下
式中P2(M)＝A2(M)+B2(M)+C2(M)+D2(M)……(5)表1<
<p>其次，在寄存器間重復(fù)傳輸三次時(shí)，與重復(fù)一次時(shí)相同，在全部轉(zhuǎn)移門中，連續(xù)四次以上，電荷不殘留的概率為P3(M)，其中第M-1號(hào)和第M號(hào)門中，按殘留電荷的有無(wú)劃分，則下式(6)、(7)成立。
式(6)表達(dá)如下
式中P3(M)＝A3(M)+B3(M)+C3(M)+D3(M)+E3(M)+F3(M)+G3(M)+H3(M)……(7)從以上(1)～(7)式求出信號(hào)數(shù)為1000時(shí)的殘留電荷為0的概率，如下表2所示，寄存器只需重復(fù)傳輸數(shù)次，殘留電荷便會(huì)大幅度減少。結(jié)構(gòu)幾乎不變，只需改變驅(qū)動(dòng)時(shí)間，便很容易獲得如此明顯的效果。該表2表示1個(gè)信號(hào)的殘留電荷的產(chǎn)生概率P值變化時(shí)的信號(hào)數(shù)為1000時(shí)殘留電荷為0的概率P(n)，n(0、1、……)表示寄存器之間重復(fù)傳輸次數(shù)。
如以上所述，在本發(fā)明中，驅(qū)動(dòng)電荷傳輸裝置時(shí)，通過(guò)在寄存器之間重復(fù)傳輸，能使給定的信號(hào)電荷不產(chǎn)生殘留電荷，而且，在傳輸該給定電荷的過(guò)程中，將驅(qū)動(dòng)脈沖電壓加到在半導(dǎo)體基片上形成的累加寄存器上，能使下一次的信號(hào)電荷不與上述給定的信號(hào)電荷混合。
權(quán)利要求
1.一種電荷傳輸裝置，其特征為該裝置裝有半導(dǎo)體基片；在上述半導(dǎo)體基片上形成的、用于傳輸該半導(dǎo)體基片上產(chǎn)生的信號(hào)電荷的若干個(gè)傳輸電極、還有并排配置的若干個(gè)電荷傳輸部件；在上述半導(dǎo)體基片上并排配置的、在若干個(gè)電荷傳輸部分之間形成的、根據(jù)給定的驅(qū)動(dòng)脈沖，將該若干個(gè)電荷傳輸部分中給定的電荷傳輸部分的給定的傳輸電極中的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到相鄰的下一個(gè)電荷傳輸部件中的給定的傳輸電極中的若干個(gè)轉(zhuǎn)移門；以及通過(guò)另外的轉(zhuǎn)移門，將轉(zhuǎn)移門到上述下一個(gè)電荷傳輸部件的上述信號(hào)電荷殘留在上述給定的電荷傳輸部件的殘留電荷，從上述給定的電荷傳輸部件轉(zhuǎn)移到上述下一個(gè)電荷傳輸部件，使上述殘留電荷與上述給定的信號(hào)電荷匯合的設(shè)施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷傳輸裝置，其特征為設(shè)有累加寄存器，用來(lái)在根據(jù)給定的驅(qū)動(dòng)脈沖，將上述若干個(gè)電荷傳輸部件中的給定的電荷傳輸部件的給定的傳輸電極中的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到相鄰的下一個(gè)電荷傳輸部件的給定的傳輸電極中的期間，將下一個(gè)信號(hào)電荷暫時(shí)貯存在上述給定的電荷傳輸部分的任一個(gè)傳輸電極中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷傳輸裝置，其特征為上述若干個(gè)電荷傳輸部件的若干個(gè)傳輸電極，各自分別由兩個(gè)電極構(gòu)成，用于傳輸各電荷傳輸部件的驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線和用于反向傳輸電荷的傳輸部件的驅(qū)動(dòng)脈沖導(dǎo)線連接在這兩個(gè)電極上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷傳輸裝置，其特征為在上述若干個(gè)電荷傳輸部件上，分別設(shè)有不同數(shù)量的傳輸電極。
5.一種電荷傳輸裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征為該方法包括通過(guò)給定的轉(zhuǎn)移門，將給定的信號(hào)電荷從給定的電荷傳輸部件，轉(zhuǎn)移到下一個(gè)電荷傳輸部件的步驟;將轉(zhuǎn)移到上述下一個(gè)電荷傳輸部件的上述給定的信號(hào)電荷，傳輸?shù)缴鲜鱿乱粋€(gè)電荷傳輸部件中的若干個(gè)傳輸電極中的步驟;將殘留在上述給定的電荷傳輸部件中的上述給定的信號(hào)電荷的殘留電荷，傳輸?shù)缴鲜鼋o定的電荷傳輸部件中的若干個(gè)傳輸電極中的步驟;以及通過(guò)另外的轉(zhuǎn)移門，將傳輸?shù)缴鲜鼋o定的電荷傳輸部件的上述若干個(gè)傳輸電極中的上述殘留電荷，從上述給定的電荷傳輸部分轉(zhuǎn)移到上述下一個(gè)電荷傳輸部件，使上述殘留電荷與上述給定的信號(hào)電荷匯合的方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷傳輸裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征為使上述殘留電荷與上述給定的信號(hào)電荷匯合的動(dòng)作，進(jìn)行兩次以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷傳輸裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征為還有一種暫時(shí)積蓄電荷的方法，即在使上述給定的殘留電荷在上述下一個(gè)電荷傳輸部件與上述給定的信號(hào)電荷匯合之前，將下一次信號(hào)電荷暫時(shí)寄存在上述給定的電荷傳輸部件的任意的傳輸電極中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷傳輸裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征為還有一種反向傳輸?shù)姆椒?，即在使上述給定的殘留電荷在上述下一個(gè)電荷傳輸部件與上述給定的信號(hào)電荷匯合之后，將該給定的信號(hào)電荷反向傳輸?shù)缴鲜鱿乱粋€(gè)電荷傳輸部件的傳輸電極中。
9.固態(tài)攝像裝置，其特征為在具有像素部分的固態(tài)攝像裝置中，設(shè)有權(quán)利要求1所述的電荷傳輸裝置。
全文摘要
本發(fā)明的電荷傳輸裝置的特征是它具有半導(dǎo)體基片，若干個(gè)傳輸電極，若干個(gè)電荷傳輸部件，若干個(gè)轉(zhuǎn)移門電路，以及匯集電荷的裝置。其中，傳輸電極在半導(dǎo)體基片上形成，用來(lái)傳輸半導(dǎo)體基片上產(chǎn)生的信號(hào)電荷；電荷傳輸部件并排裝在半導(dǎo)體基片上；轉(zhuǎn)移門電路用來(lái)傳輸多個(gè)電荷傳輸部件之間形成的信號(hào)電荷，以及匯集電荷裝置是使在給定電荷傳輸部件上殘留的電荷與給定信號(hào)電荷匯集到一起的裝置。
文檔編號(hào)H04N5/341GK1079351SQ9310085
公開(kāi)日1993年12月8日 申請(qǐng)日期1993年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月31日
發(fā)明者物井誠(chéng) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝