固体图象传感器制造技术

一种固体图象传感器，它含有光电二极管；接收和转移出自光电二极管的电荷的垂直ＣＣＤ寄存器；含有垂直ＣＣＤ寄存器和光电二极管的单位象素；以二维形式设置单位象素的图象区域；接收和转移垂直ＣＣＤ寄存器的电荷的水平ＣＣＤ寄存器；探测水平ＣＣＤ寄存器的电荷的电荷探测部分；及输出与电荷探测部分所探测到的电荷相对应的电信号的输出放大器。上述单位象素尺度的纵横比为１∶２。该系统适用于逐行扫描系统及隔行扫描系统。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电荷耦合器件(CCD)型二维固体图象传感器，尤其是含有可能在短时期内发展成电视和多媒体系统的象素结构的固体图象传感器。首先结合附图5-15对现有技术进行说明。图5给出了现有技术中一种行间转移型固体图象传感器。该固体图象传感器含有以下部分用于光电转换的一组光电二极管101，用来对出自光电二极管101的电荷进行接收和转移的垂直CCD寄存器102，用来对出自垂直CCD寄存器102的电荷进行接收和转移的水平CCD寄存器103，用来对从水平CCD寄存器103转移来的电荷进行探测的一个电荷探测部分104，及用来输出与电荷探测部分104所探测到的电荷相对应的一个电信号的一个输出放大器105。图中虚线所包围的部分是单位象素106。图6是一个用来解释隔行扫描系统的示意图。目前所开发的许多固体图象传感器都是按照电视中所采用的隔行扫描系统进行设计的。每条水平线对应于一行光电二极管。每帧(屏)图象包括两个半帧，其中第一个半帧由奇数号水平线组成，第二个半帧由偶数号水平线组成。在电视技术中，广泛采用的抑制屏闪的技术是通过隔行扫描的方式将图象的屏数增加了一倍，其实，这是有问题的。图7是高清晰度数字电视(HDTV)格式的一个固体图象传感器的屏幕设置示意图。有效图象区域111的垂直与水平尺寸(纵横比)是9∶16，对于HDTV系统中一个2/3英寸一百三十万象素CCD图象感应器来说，有效象素数量为1258(H)×1035(V)，单位象素尺寸为7.6μm(H)×5.2μm(V)，这里，(H)表示水平，(V)表示垂直。按这种方法，电视规格中固体图象传感器的单位象素尺寸一般不是正方的；其纵横比因光器件的规格和象素数目而异。图8是为解释现有的隔行扫描型固体图象传感器中单位象素的组成而提供的一个平面示意图。图中的单位象素含有一个光电二极管101，垂直CCD寄存器102，用于将单位象素分隔开来的单元分离区域121，和用来读取从光电二极管101到垂直CCD寄存器102的信号电荷的读出栅区域122。在垂直CCD寄存器102中设置了垂直转移电极123和124。垂直转移电极124也起读出栅电极的作用。而且，垂直转移电极123和124都被连接于水平相邻的单位象素中的垂直转移电极。为屏蔽垂直CCD寄存器102而设的一个阻光膜(图中未给出)，借助于一个绝缘膜被设置于垂直转移电极123和124的上部。图9是显示在一个含有图8所示的单位象素的一个固体图象传感器中垂直CCD寄存器电极与驱动脉冲之间的对应关系的一个横断剖视图。图中所示的是垂直CCD寄存器被一个四相脉冲(φV1-φV4)所驱动的情况。垂直转移电极123和124借助于一个绝缘膜132被设置于半导体基片131的表面上。在用一个四相脉冲驱动的情况下，一个转移平台含有四个垂直转移电极。相应地，一个转移平台由两个象素的垂直转移电极组成，因为如图8所示一个象素含有两个垂直转移电极123、124。附图说明图10是为解释四相驱动垂直CCD寄存器中电荷转移工作过程而提供的一个示意图；图10(a)是作用于每个垂直转移电极的转移脉冲的一个时序图；图10(b)是与图10(a)中每个时刻t1-t9相对应的每个垂直转移电极的下部(或“阱”)的沟道电势图。图中下部的沟道电势是正的。为了简化描述，在此仅给出转移一个脉冲组的一个信号的模式。在时刻t1，转移脉冲φV3和φV4变为高位，信号电荷积聚在受φV3和φV4作用的垂直转移电极的下部沟道中。在时刻t2，φV1变为高位，信号电荷积聚在三个电极的下部沟道中。在时刻t3，φV3变为低位，信号电荷积聚在受φV4和φV1作用的二个电极的下部沟道中。换言之，在t1-t3时段，信号电荷的位置被一个电极所移动。下面，按同样的方式，在t1-t9时段，信号电荷被4个电极所移动(对应于一个转移平台)。用这种重复的工作，信号电荷在垂直CCD寄存器内部转移。从图10所示的转移情况中可以看出，对于图8所示的这种类型的象素来说，不可能一个象素一个象素地同时对所有象素的信号进行读取和转移。通常，用垂直CCD寄存器102将两个垂直的相邻象素的电荷信号叠加并输出。于是，与分别读取每个象素的情况相比，垂直清晰度降低了。然而，由于信号被倍增了，所以获得了一个具有良好的(信噪比)的图象。并且，(该系统)符合隔行扫描系统的设置，它移动了一个象素，并将每个半帧中两个垂直(相邻)的象素叠加到一起。在近年来发展起来的多媒体设备的图象输入装置中，采用逐行扫描系统(即顺序扫描系统)的固体图象传感器更为有利。这是因为在多媒体中，经常要处理静止画面，要求有更高的清晰度。图11是用来解释逐行扫描系统的一个示意图。每条水平线对应于一行光电二极管。因为一帧(屏)图象含有按顺序扫描的所有水平线，所以它可以获得高清晰度的图象质量。而且，正方的象素便于进行图象旋转等图象处理，也省去了象素纵横比纠正电路。图12给出了按SXGA(超扩展图形阵列)格式而设的一个固体图象传感器的象素设置。有效图象区域141的纵横比是4∶5，对于SXGA型的一个2/3英寸一百三十万象素CCD图象感应器来说，有效象素数量为1280(H)×1024(V)，单位象素尺寸为6.7μm(H)×6.7μm(V)，这样的话，正方象素就成了用于多媒体中的固体图象传感器的单位象素的主流形式。图13是为解释逐行扫描型固体图象传感器中单位象素的组成而提供的一个平面示意图。图中的单位象素含有一个光电二极管101，垂直CCD寄存器102，用于将单位象素分隔开来的单元分离区域151，和用来读取从光电二极管101到垂直CCD寄存器102的信号电荷的读出栅区域152。在垂直CCD寄存器102中设置了垂直转移电极153-156。垂直转移电极155也起读出栅电极的作用。而且，垂直转移电极153-156都被连接于水平相邻的单位象素中的垂直转移电极。为屏蔽垂直CCD寄存器102而设的一个阻光膜(图中未给出)，借助于一个绝缘膜位于垂直转移电极153-156的上部。图14是显示在图13所示的一个含有单位象素的一个固体图象传感器中垂直CCD寄存器电极与驱动脉冲之间的对应关系的一个横断剖视图。图中所示的是垂直CCD寄存器被一个四相脉冲(φV1-φV4)所驱动的情况。垂直转移电极153-156借助于一个绝缘膜162被设置于半导体基片161的表面上。如图13所示，一个象素包括四个垂直转移电极153-156，所以每个象素的一个转移平台含有四个垂直转移电极。一个转移平台对应于一个象素，因而，可以一个象素一个象素地同时对所有象素的信号进行读取和转移。然而，现有技术中存在以下问题。如上面所讨论的，电视系统中的象素结构不同于多媒体中的象素，毋需赘述，优化象素特性所需要的时间与费用占开发CCD图象感应器的过程的一半，所以，我们用简单的乘法就得出结论，开发上述两种类型的CCD图象感应器需要双倍的时间。在7-143410号日本专利公开文件中提供了一种解决这个问题的方法，它通过在电视系统规格中将象素设置成适合多媒体应用的方式(如，为HDTV采用9∶16的纵横比，为NTSC系统采用3∶4的纵横比)，减少了上述两种CCD图象感应器的开发时间。这种方法采用正方象素，所有的象素都可以在同时被读取。因此，在进行纯粹的隔行扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体图象传感器，其特征在于，它含有以下部分：用于光电转换的光电二极管；用来对出自光电二极管的电荷进行接收和转移的垂直ＣＣＤ寄存器纵横比为１∶２、含有垂直ＣＣＤ寄存器和所述光电二极管的单位象素；使单位象素在其中被以二维形式 设置的图象区域；用来对出自垂直ＣＣＤ寄存器的电荷进行接收和转移的水平ＣＣＤ寄存器；用来对出自水平ＣＣＤ寄存器的电荷进行探测的一个电荷探测部分；及用来输出与电荷探测部分所探测到的电荷相对应的电信号的一个输出放大器。

【技术特征摘要】
JP 1997-6-24 167462/971.一种固体图象传感器，其特征在于，它含有以下部分用于光电转换的光电二极管；用来对出自光电二极管的电荷进行接收和转移的垂直CCD寄存器纵横比为1∶2、含有垂直CCD寄存器和所述光电二极管的单位象素；使单位象素在其中被以二维形式设置的图象区域；用来对出自垂直CCD寄存器的电荷进行接收和转移的水平CCD寄存器；用来对出自水平CCD寄存器的电荷进行探测的一个电荷探测部分；及用来输出与电荷探测部分所探测到的电荷相对应的电信号的一个输出放大器。2.一种固体图象传感器，其特征在于，它含有以下部分用于光电转换的光电二极管；用来对出自光电二极管的电荷进行接收和转移的垂直CCD寄存器纵横比为1∶2、含有垂直CCD寄存器和所述光电二极管的单位象素；由用于两个单位象素的垂直转移电极所构成的一个垂直CCD寄存器的转移平台；使单位象素在其中被以二维形式设置的图象区域；用来对出自垂直CCD寄存器的电荷进行接收和转移的水平CCD寄存器；用来对出自水平CCD寄存器的电荷进行探测的一个电荷探测部分；及用来输出与电荷探测部分所探测到的电荷相对应的电信号的一个输出放大器。3.一种固体图象传感器，其特征在于，它含有以下部分用于光电转换的光电二极管；用来对出自光电二极管的电荷进行接收和转移的垂直CCD寄存器具有两个垂直设置的半象素的正方形象素的单位象素；半象素的纵横比为1∶2的，且所述半象素含有垂直CCD寄存器、所述光电二极管、和对应于垂直CCD寄存器的半个转移平台的一个垂直转移电极；使单位象素在其中被以二维形式设置的图象区域；用来对出自垂直CCD寄存器的电荷进行接收和转移的水平CCD寄存器；用来对出自水平CCD寄存器的电荷进行探测的一个电荷探测部分；及用来输出与电荷探测部分所探测到的电荷相对应的电信号的一个输出放大器。4.如权利要求1所述的固体图象传感器，其特征在于，其中的垂直CCD寄存器被一个2n(n是一个自然数)相脉冲所驱动，且每单位象素设置在垂直CCD寄存器中的垂直转移电极的数目为n。5.如权利要求2所述的固体图象传感器，其特征在于，其中的垂直CCD寄存器被一个2n(n是一个自然数)相脉冲所驱动，且每单位象素设置在垂直CCD寄存器中的垂直转移电极的数目为n。6.如权利要求3所述的固体图象传感器，其特征在于，其中的垂直CCD寄存器被一个2n(n是一个自然数)相脉冲所驱动，且每半个象素设置在垂直CCD寄存器中的垂直转移电极的数目为n。7.如权利要求1所述的固体图象传感器，其特征在于，其中的垂直CCD寄存器被一个四相脉冲所驱动，且每单位象素设置在垂直CCD寄存器中的垂直转移电极的数目为2。8.如权利要求2所述的固体图象传感器，其特征在于，其中的垂直CCD寄存器被一个四相脉冲所驱动，且每单位象素设置在垂直C...

【专利技术属性】
技术研发人员：森本伦弘，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]