專利名稱：電荷積分多線性圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及時延和信號積分線性圖像傳感器(或者代表“時延積分線性傳感器”的TDI傳感器)，其中，通過在場景移動到傳感器之前時將相繼地觀察場景的同一線的數(shù)個光敏線拍攝的相繼圖像逐步相加來重建所觀察的場景的點構成的線的圖像。
背景技術：
這些傳感器用于例如掃描儀中。它們包括數(shù)條平行的光敏像素線構成的條(bar)；各條線的控制電路(曝光時間的控制以及隨后的光生電荷的讀取的控制)的先后順序相對于場景和傳感器之間的相對移動同步，以使得傳感器的所有線相繼看到所觀察的場景的相同線。然后針對所觀察的線的每一點，將每條線生成的信號逐點相加。在恒定的曝光時間，傳感器的靈敏度以線的數(shù)量N的比率提高，或者在恒定的靈敏度，曝光時間能夠被N除。此數(shù)量N可以例如是用于工業(yè)控制應用的或者用于從太空進行地球觀察的應用的16或者32，或甚至是用于醫(yī)療應用的60至100線(牙科、乳房X線照相術等)。信噪比以傳感器的線的數(shù)量N的平方根的比率提高。此外，由各線的信號的相加所導致的平均，減小了同一條的像素的靈敏度不均勻性以及像素的暗電流的不均勻性。在電荷轉移圖像傳感器((XD傳感器)中，通過與場景和傳感器的相對運動同步地從像素線清空在先像素線中生成和累積的電荷來簡單地執(zhí)行逐點信號的相加。能夠讀取最后的像素線，最后的像素線累積了N倍的由所觀察的圖像線所生成的電荷。CCD圖像傳感器的應用具有使用高電源電壓的缺點，并消耗相當大的功率；此技術是基于相鄰和相互交疊的多晶娃柵極的使用；集成(integration)密度不是非常高。圖像傳感器技術隨后向具有晶體管的有源像素傳感器發(fā)展，為簡化，該具有晶體管的有源像素傳感器以下稱為CMOS傳感器，因為它們通常使用COMS (互補金屬氧化半導體)技術來制造；在這些COMS傳感器中，沒有至讀取電路或者寄存器的線至線的電荷轉移，但是存在具有晶體管的有源像素，其收集光生電荷并將它們直接轉化為電壓或者電流。因此，傳感器的各線相繼地供應表示由線接收的照明的電壓或者電流。這些結構不使得執(zhí)行這些電流或電壓的無噪聲累積變?yōu)榭赡埽灰虼?，生產(chǎn)一個時延積分傳感器是困難的。但是制造技術簡單，它不會消耗很多功率，并以低電壓操作。然而已經(jīng)嘗試了生產(chǎn)CMOS時延積分傳感器。特別地，已經(jīng)嘗試使用開關電容，在該電容中對相繼接收到的電流進行積分，從而在同一電容上累積列中的數(shù)個像素的接收到的電荷(US6906749，W00126382)。也已經(jīng)提出了將源自像素線的信號轉化為數(shù)字值，來在線的行j的累積寄存器中累積對應于行j的像素的數(shù)字值，該行j的累積寄存器累積對應于N個相繼線的同一行j的像素的數(shù)字值(專利FR290680)。在專利FR290681中，提出將在先線的像素的輸出電壓施加至線的像素構成的光.電二極管，以在隔離光電二極管并對歸因于光的新電荷進行積分之前將在先像素的電荷復制到光電二極管中，使得在積分時間的盡頭，光電二極管包括對應于在先線的電荷與新的積分電荷的和。然而，此操作引起了惡化信噪比的轉移噪聲。例如在專利公開US2008/0217661中，已經(jīng)提出了使用像素內(nèi)部的電荷的累積的解決方案。它們使用比使用COMS技術來生產(chǎn)圖像傳感器所嚴格需要的技術更復雜的技術，否則它們在電荷轉移期間有損耗。最后，在本申請人較早的未公開申請中，已經(jīng)提出了用交替的寬柵極和狹窄光電二極管組成像素，該狹窄光電二極管通過處于基底的電勢的區(qū)域P++與該柵極分離，并在除與光電二極管相鄰的非常狹窄的柵極指下方之外形成防止電荷轉移的勢壘。通過與柵極指接觸的P++區(qū)域的影響，柵極指的狹窄僅在柵極處于低電勢的時候產(chǎn)生勢壘。當柵極處于高電勢時，該勢壘充分降低。從而確保了轉移的方向性，但代價是更復雜的結構，且代價是電荷轉移的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
使用比通常的CXD技術簡單的技術生產(chǎn)時延積分線性傳感器的嘗試因此并沒有讓人完全滿意，本發(fā)明的一個目的就是提出對這些問題的另一解決方案。因此本發(fā)明的目的是提出一種更有利的技術方案，來生產(chǎn)根據(jù)電荷轉移結構原理操作的傳感器，但是使用與CMOS技術電路相兼容的技術，并且特別是在多晶硅中僅使用一個柵極層(gate level)的技術，而不是如常規(guī)CCD技術中的使用兩層相互交疊的柵極的情況。根據(jù)本發(fā)明，提出了一種以時延和電荷積分進行操作的電荷轉移圖像傳感器，所述傳感器包括N個相鄰的像素線，每個像素線有P個像素，用于通過由數(shù)個像素線相繼觀察同一圖像線并累積由各個線中的給定排列的像素中的圖像點所生成的電荷，所述像素形成在第一類型導電性的半導電層中，所述半導電層由對光透明的絕緣柵極覆蓋；以及被設置用于向所述柵極施加交替的高和低電勢，以容許存儲電荷并且然后從一個柵極向下一個柵極定向轉移所述電荷的構件，其特征在于像素包括所述半導電層以上的一連串數(shù)個絕緣柵極，一個像素的所述柵極通過位于第二類型導電性的摻雜區(qū)域以上的狹窄未覆蓋的間隙彼此分離并且與另一線的相鄰像素的所述柵極分離，所述第二類型導電性的摻雜區(qū)域由所述第一類型的摻雜表面區(qū)域覆蓋，所述表面區(qū)域保持在同一參考電勢，相鄰柵極之間的所述狹窄間隙的寬度使得當與所述間隙相鄰的柵極接收交替的高和低電勢時，所述第二類型的所述摻雜區(qū)域的內(nèi)部電勢在所述狹窄間隙的整個寬度中被更改。其結果特別在于當在狹窄間隙的任一邊的兩個柵極都處于比參考電勢高或低的同一電勢時，在狹窄間隙中的第二類型的區(qū)域的內(nèi)部電勢受柵極的電勢的影響，并且不管達到參考電勢的表面區(qū)域的存在，往往跟隨該電勢而分別向上或向下。該參考電勢優(yōu)選地是第一類型的半導電層的公共電勢。第一導電性類型的表面區(qū)域優(yōu)選地均與毗連該半導電層的相同類型的深擴散部相鄰。從而，能夠以此方式，將位于柵極之間的狹窄間隙中的第一類型的表面區(qū)域均直接設定為該半導電層的參考電勢。因為柵極之間的狹窄間隙未由第二柵極層覆蓋，所以該新結構僅使用一個柵極層；因此它能夠使用非常簡單并且與COMS技術兼容的技術來生產(chǎn)。它容許以大的自由度來選擇用于位于柵極之間的半導電區(qū)域的摻雜水平。因為這些摻雜確定了在向柵極施加電壓期間在半導電層中產(chǎn)生的勢壘和勢阱的電平，所以通過選擇摻雜，本發(fā)明使得優(yōu)化電荷的定向轉移而無損耗成為可能。這點我們之后還會講到。
所述像素優(yōu)選地包括通過狹窄間隙分離的四個相鄰的柵極，并且通過四個相位來控制，即，各像素中的同一行的所有的所述柵極接收取自所述四個相位的同一相位。這些相位彼此相繼以漸進地在期望的轉移方向上推動電荷。本發(fā)明還適用于具有通過狹窄間隙分離的三個相鄰的柵極并由三個相繼相位控制的像素。


在閱讀參考附圖作出的以下詳細描述時，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢將呈現(xiàn)，在附圖中圖I表示根據(jù)本發(fā)明的多線性光敏傳感器的結構在垂直于線的方向的截面視圖；圖2表示在柵極以寬間隙分隔開的情況下在積分和轉移的各階段中在具有勢阱和勢壘的半導體中產(chǎn)生的電勢的圖；圖3表示在表示列的方向上的半像素上的電荷的轉移的四級轉移期間，在根據(jù)本發(fā)明的傳感器的情況下，在半導體中產(chǎn)生的電勢的圖；圖4表示從第二步到第三步的轉變的細節(jié)。
具體實施例方式圖I的截面視圖表示了像素Pi，像素Pi在相同像素列中在一側與位于上游的像素Pm相鄰，而在另一側與位于下游的像素Pi+1相鄰。這些像素形成圖像傳感器條的部分，該圖像傳感器條包括N個相鄰的像素線，每條像素線有P個像素，該條設計為以TDI模式操作。在圖像在垂直于線的方向的方向上相對于條同步移動期間，每一行i(i = I到N)線相繼讀取同一圖像線；在各線中由同一行j (j = O到P)的像素收集的電荷對應于同一圖像點的觀察結果并且被累積以獲得比在單一線看到圖像時大的信號(對于給定的每個像素線的曝光時間)；通過對同一圖像點的多次讀取，改善了信噪比。與所示列的相鄰的列通過防止電荷從一列的像素移動到另一列的像素的絕緣區(qū)域彼此分離，由于視圖是在列方向的截面中的事實，所以與所示列相鄰的列不可見。這些絕緣區(qū)域可以是重摻雜半導電(semiconducting)區(qū)域,該重摻雜半導電區(qū)域達到在這些像素之間產(chǎn)生自然勢壘的參考電勢。這些像素形成在半導電基底10中，半導電基底10的上部是輕摻雜外延半導電層12。在此范例中，基底是重摻雜p++型，并且外延層是P型(第一導電性類型)。如果外延層是η型，則需要顛倒現(xiàn)在將限定的所有導電類型，以及施加到光電二極管和柵極的電勢的符號?；?0原則上與外延層12的導電性類型相同，但是同樣能夠是相反類型。在列方向上，像素Pi包括一系列的數(shù)個柵極，在此范例中是4個相鄰的柵極Gli到Gl，它們與外延層絕緣，并且通過未由柵極覆蓋的狹窄間隙彼此分離。間隙優(yōu)選地均具有相同寬度。行i的像素的最后一個柵極Gl通過狹窄間隙與下一個像素Pi+1的第一柵極Gli+1分離，該狹窄間隙優(yōu)選地與其它狹窄間隙相同。
當柵極是由單層沉積層制造時，狹窄間隙的寬度在用于在工業(yè)生產(chǎn)中限定柵極的技術所容許的極限或者幾乎在該極限。沉積來形成柵極的層優(yōu)選地由多晶硅制造。該層位于優(yōu)選由氧化硅制造的薄絕緣層上。對于所謂的O. 18微米技術，狹窄間隔的寬度的幅度的典型量級是O. 25微米，O. 18微米技術容許限定O. 18微米寬的線的極限。在狹窄間隙中，形成η型(第二類型導電性，第一類型是外延層12的導電性)區(qū)域14。在每個這樣形成在兩個相鄰柵極之間的η型區(qū)域14的頂部，形成第一類型導電性的沒有區(qū)域14深的相應(ρ+，比外延層摻雜重)的表面區(qū)域16。因此，像素的絕緣柵極通過由ρ型表面擴散區(qū)域16覆蓋的η型狹窄區(qū)域14彼此分離。η型區(qū)域14是浮置的，也就是說，它們未連接至對其施加強制電勢的電導體。ρ型區(qū)域16均達到同一參考電勢，并且該電勢優(yōu)選是基底10的電勢，當外延層12與基底的類型相同時，該電勢也通常是外延層12的電勢。將要考慮的是這個電勢是零參考電勢。為了使區(qū)域P達到零電勢，實際上，規(guī)定這些區(qū)域16與ρ型的重摻雜擴散部相鄰，而該重摻雜擴散部毗連外延層并調整為其零電勢。在圖I中不可見的這些擴散部可以是用來使像素列彼此絕緣的擴散部。區(qū)域14中的電勢的深度分布，首先取決于區(qū)域14的摻雜和深度以及外延層的摻雜。此外，如果電荷存儲在這些區(qū)域中，則電勢取決于存儲的電荷量。如果區(qū)域14是寬的，也就是說，如果它們的中心部分不維持施加至相鄰柵極的電勢的影響，則區(qū)域14中的電勢分布作為深度的函數(shù)將自然地對于某個深度(在區(qū)域η和外延層P之間的結附近)出現(xiàn)最小值。此最小值具有將稱之為內(nèi)建電勢Vbi的值；此值Vbi取決于摻雜區(qū)域摻雜的值并取決于深度。典型地，作為范例，對于常規(guī)地用于光電二極管的摻雜，包括覆蓋有保持在零參考電勢的表面區(qū)域P的區(qū)域η的光電二極管的內(nèi)建電勢可以是大約I. 5伏特。將覆蓋有表面擴散部ρ 16的區(qū)域η 14構建為光電二極管，并且這就是為什么這里對光電二極管參考內(nèi)建電勢是可能的。然而，在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中，柵極之間的間隙如此的狹窄，使得區(qū)域η的電勢極大地受相鄰柵極的存在的影響；因此這與常規(guī)光電二極管的操作不同，在常規(guī)光電二極管中，因為表面區(qū)域保持在參考電位，所以假定沒有電荷的區(qū)域η中的電勢將保持固定；在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中，因為間隙狹窄，所以相鄰柵極的影響在間隙的整個寬度下延伸。穿過柵極執(zhí)行光子對像素的照明。柵極對可見波長范圍中的光是透明的(對藍色稍微不透明但對紅色非常透明)。因此像素是光m0S(ph0t0m0S)類型。在更小的程度上(因為柵極之間的間隔比柵極狹窄得多)，也存在對區(qū)域η 14的直接照明，盡管該照明對總的電荷產(chǎn)量貢獻不大。區(qū)域η 14因此有點像釘扎光電二極管那樣運作(“釘扎”是指這些區(qū)域的表面電勢是固定的)。PHliJffirProiJMi是行i的像素的相鄰柵極之間的狹窄間隙；在圖I中，應當理解ΡΗ4η是像素Pp1的最后一個柵極和像素？1的第一個柵極之間的間隙。對在柵極下方和在柵極之間的外延層12的照明生成電荷，并且在積分時段期間，這些電荷在形成在柵極下方的勢阱中累積。在下文中，將以此方式收集的電荷視為電子。為了在柵極下方產(chǎn)生勢阱，將對這些柵極施加相對于外延層電勢而言的正電勢；為了在柵極下方產(chǎn)生勢壘，將對柵極施加相對于外延層參考電勢而言的零電勢。為了更好地理解根據(jù)本發(fā)明的傳感器如何操作，將會首先示出，如果區(qū)域14的寬度更大，也就是說使得柵極電勢在區(qū)域14的整個寬度上不影響區(qū)域14的電勢，則在各積分和轉移階段期間在半導電層12中的電勢圖會是什么。圖2示出了此 狀況，并且假設像素是具有以分別施加于所有線的柵極Gl、G2、G3、G4的四個控制相位(ρ!^θ)Φ1、Φ2、Φ3、Φ4操作的四個柵極的像素。這些相位使得柵極交替地處于O電勢和Vdd電勢，其在柵極下方建立交替地為\和Vh的電勢(在柵極下方?jīng)]有累積的電荷的情況下)。當累積的電荷是電子時，根據(jù)通常的表示方式，朝向圖的底部，電勢增大。假設已經(jīng)選擇摻雜η和ρ，使得區(qū)域14的內(nèi)建電勢Vbi大約位于\和Vh之間的間隙的中間。在第一步期間(圖中的線A ; Φ I和Φ 4處于0，Φ 2和Φ 3處于Vdd)，使柵極Gl和G4達到低電勢，并且使柵極G2和G3達到高電勢。在柵極G2和G3下方產(chǎn)生勢阱。在柵極Gl和G4下方產(chǎn)生勢壘。此外，勢壘處于分離G2和G3的區(qū)域ΡΗ2中，并且在位于柵極Gl和在柵極Gl之前的柵極G4之間的區(qū)域14中產(chǎn)生(冗余的)勢講。在柵極G2和G3下方以及在區(qū)域PHI、ΡΗ2和ΡΗ3下方光生的電荷在柵極G2和G3下方的阱中累積。在柵極Gl和G4下方生成的電荷在上游(向左)和下游(向右)共享，并且被增加到討論中的像素的柵極G2和G3下方直接生成的電荷或者上游和下游像素的電荷。但是明顯的是，電荷已俘獲在位于柵極Gl的上游的區(qū)域ΡΗ4下方存在的勢阱中，以及俘獲在位于柵極G4的下游的區(qū)域ΡΗ4下方存在的勢阱中。由于處于零電勢的表面區(qū)域16強加了比區(qū)域ΡΗ4中的\高的等于Vbi的電勢，所以事實上產(chǎn)生了這些阱。在第二步中(圖中的線B ;Φ1處于0，Φ2和Φ3處于Vdd，只有第四相位Φ4改變狀態(tài)為Vdd)。因此，只有柵極G4改變至高電平。勢阱現(xiàn)在存在于G2、G3、G4下方，并且勢壘處于區(qū)域PH2和PH3中。在柵極G2和G3下方以及區(qū)域PHl到PH4下方的光生的電荷在柵極G2、G3和G4下方累積。在像素P的區(qū)域PH4下方俘獲的電荷向位于上游的柵極G4溢出。在第三步中(圖中的線C ;Φ1處于0，只有第二相位Φ2變?yōu)?，Φ3、Φ4處于Vdd);柵極G2改變回低電平。其將其正存儲的電荷推開至處于低電平的柵極G3下方的勢阱。但是這些電荷的部分俘獲于隨后在柵極Gl和G2之間的區(qū)域PHl中產(chǎn)生的深度為Vbi的勢阱中。在第四步中(圖中的線D ;Φ1變?yōu)閂dd，Φ2處于0，Φ3、Φ4處于Vdd)，只有柵極Gl改變?yōu)楦唠娖?。在此轉變中，俘獲在區(qū)域PHl中的電荷在上游方向溢出，然而期望的是先前存儲在柵極G2和G3下方的所有電荷在下游方向的定向轉移。因此，在步驟A和C中俘獲小部分(fraction)存儲的電荷，并且在步驟B和D中將該小部分存儲的電荷發(fā)送回上游。在未示出的第五步中，柵極G3回到低電平。因為累積的電荷現(xiàn)在位于柵極G4的下方和下游下一個像素的柵極Gl的下方，所以累積的電荷相對于線A的配置前進了半個像素。通過現(xiàn)在使G3和G4(即Φ3和Φ4)扮演先前由Gl和62(Φ1和Φ2)扮演的角色并且因而使Gl和G2扮演先前由G3和G4扮演的角色，從步驟一到四推導出未示出的步驟五到八-相位Φ3減小至O，
-然后，相位Φ2升高至Vdd，-然后，相位Φ4減小至0，-并且最后，相位ΦI根據(jù)線A的配置減至O。于是進行了完整的循環(huán)，并且電荷前進了一個完整的像素并處在下一像素的柵極G2和G3下方。對于TDI類型的操作， 該前進與傳感器前方的圖像的移動同步發(fā)生的，使得存儲在下游像素Pi+1的柵極下方的電荷是由對該像素的照明所累積的電荷以及由當先前行的像素察看到相同圖像點的時刻該先前行的像素所累積的電荷的總和。因此，能夠看到在電荷前進的每個循環(huán)中，由于處于分離同時處于低電勢的兩個柵極的區(qū)域PH下方的深度為Vbi的勢阱，電荷被發(fā)送回。圖3現(xiàn)在表示在根據(jù)本發(fā)明的傳感器的情況下所發(fā)生的事情。將只描述如圖2中的對應于前進半個像素的首先四個步驟，這些步驟后面跟隨另外四個相同的步驟，使得電荷前進一個完整的像素。將會看到勢阱仍然處于分離同時達到(bring to)低電勢的兩個柵極的區(qū)域PH下方。但是，一方面，它非常狹窄并且非常淺，并且另一方面，將示出的是，因為實際上該勢阱保持電荷為空并且從而在第二步或第四步時它不向上游發(fā)送電荷，所以出乎意料地該勢阱不是問題。由于處于O伏或Vdd的柵極電勢的強烈影響，如果Vbi是光電二極管區(qū)域PHl到PH4的直接由所使用的摻雜水平導致的內(nèi)建電勢，則存在于這些區(qū)域中的真實電勢在這些區(qū)域的整個寬度上極大地不同于電平Vbi。因此，圖3將不示出圖2中的區(qū)域PH的固定電勢的電平。從而，如果與同一區(qū)域14相鄰的兩個柵極處于O伏，則區(qū)域14的電勢變?yōu)轱@著低于VbiWVbiP如果兩個柵極處于Vdd，則區(qū)域14的電勢變?yōu)轱@著高于Vbi的VbiH。如果一個柵極處于Vdd，而另一個柵極處于0，則區(qū)域14中的電勢從存在于第一柵極下方的電勢Vh到存在于另一柵極下方的電勢\連續(xù)變化而沒有穩(wěn)態(tài)。由于這些區(qū)域狹窄，在分離柵極的區(qū)域14的整個寬度上都能感知柵極的電勢對區(qū)域14的影響?，F(xiàn)在，這里給出了一種配置，在該配置中在某種程度上，區(qū)域14中有兩個非常不同的內(nèi)建電勢Vba和Vmh，該內(nèi)建電勢取決于與區(qū)域14相鄰的兩個柵極是都處于低電勢還是都處于高電勢。由此，在處于低電勢的兩個柵極之間產(chǎn)生淺勢阱；類似地，在處于高電勢的兩個柵極之間產(chǎn)生低勢壘。施加于這些柵極的相位與圖2中的完全相同，并且用于從上游到下游轉移半個像素的彼此相繼的四個步驟的順序是-圖中的線Α;Φ1、Φ4 為 0，Φ2、Φ3 為 Vdd，-圖中的線B;Φ4變?yōu)閂dd,-圖中的線C;Φ2變?yōu)?，-圖中的線D;Φ I變?yōu)閂dd。然后為了在接下來的四個階段完成另一半個像素的轉移，使Gl和G2扮演先前由G3和G4扮演的角色,反之亦然。由于深度為Vba的勢阱狹窄且淺，所以在步驟A和C中在區(qū)域14中俘獲的電荷是少量的。但是此外，如果我們仔細觀察從步驟B到步驟C(以及從步驟D到隨后的步驟A)的轉變期間發(fā)生了什么，能夠看到實際上在這些淺勢阱中沒有俘獲電荷，并且從而在接下來的步驟中沒有電荷發(fā)送回上游。具體地，由于柵極對區(qū)域14中的電勢的強烈影響，發(fā)生以下事件，例如在從步驟B到步驟C的轉變的情況下當G2的電勢下降以將存在于柵極G2下方的電荷驅逐至柵極G3時，區(qū)域PHl的由于已經(jīng)處于低電勢的柵極Gl的存在而向下移動的電勢通過柵極的影響同時下降。其結果是，在區(qū)域PHl中適當?shù)匦纬蓜葳逯埃襟EC中由柵極G2向柵極G3驅趕的電荷有時間完全向柵極G3溢出。因為這些電荷已經(jīng)有時間向柵極G3下方溢出，所以當該阱在柵極G2的電勢的下降的末端真正形成的時候，它不再收集先前在柵極G2下方累積的電荷的任何小部分。為了更容易理解從步驟B和C之間的轉變的此過程，圖4在四個相繼的圖像中示出了在步驟B和C之間的轉變期間，即柵極G2的電勢從Vdd下降到O期間，電勢的分布的細分(breakdown)。線B是起始步驟，與圖3的線B相同。在線BCl中，柵極G2下方的電勢開始下降，并且存儲在該柵極下方的電荷開始越過區(qū)域PH2的低勢壘向柵極G3下方溢出。在線BC2中，電勢繼續(xù)下降；電荷結束向G3下方溢出。在線BC3中，電勢幾乎達到它的低電平\，并且開始在區(qū)域PHl下方形成勢阱，但是在柵極G2下方不再有任何電荷，并且因此區(qū)域PHl中沒有俘獲電荷。因此，當在給定時刻，柵極G2下方的電勢低于位于柵極G2的下游的區(qū)域PH2下方所產(chǎn)生的電勢，同時柵極G2下方的電勢保持高于位于上游的區(qū)域PHl下方的電勢時，電荷能夠完全向柵極G3溢出。這在圖2中所示的結構中(柵極之間的寬間隙)是不可能的，因為由于區(qū)域PH2中的電勢與區(qū)域PHl中的電勢是相同的，柵極G2下方的電勢不可能同時低于區(qū)域PH2中的電勢且高于區(qū)域PHl中的電勢。對從步驟B到步驟C的轉變期間，柵極G2下方以及區(qū)域PHl (上游)和區(qū)域PH2(下游)中的電勢的模擬示出了，其是一旦柵極G2充分影響柵極之間的以將柵極彼此分開的間隙中的電勢，就對柵極G2的電勢下降的轉變階段進行觀察時，遍及柵極，電勢Vba和電勢Vmh，之間的整個間隙發(fā)生的事情。區(qū)域14的摻雜將選擇為既不太低(能夠在下游側保持勢壘)，也不太高的(在上游將會太快產(chǎn)生勢阱)。已經(jīng)描述的裝置包括用于每個像素的四個柵極；每個柵極由四個相位中的一個相應相位控制；電荷存儲在兩個相鄰的柵極下方，并且需要八個步驟來將電荷從一個像素轉移到下一個像素。本發(fā)明也能夠用于具有由三個相位控制的三個相鄰的柵極的像素；電荷存儲在一個柵極下方，并且需要六個步驟將電荷從一個像素轉移到下一個像素。相繼的步驟是-Φ2處于Vdd，Φ1和Φ3處于0，在第二柵極下方存儲電荷；-Φ3變?yōu)閂dd，電荷在G2和G3下方散布；
-Φ2變?yōu)?，電荷集中在G3下方；它們已經(jīng)從柵極G2前進到柵極G3 ；-Φ I變?yōu)閂dd，電荷在G3和下一像素的柵極Gl之間擴散；
-Φ3變?yōu)?，電荷集中在下一像素的柵極Gl下方等等，通過相位的循環(huán)變更，電荷在兩個步驟中前進一個柵極，并且在六個步驟中前進一個完整的像素。最后，當沿著像素的列轉移電荷后，電荷從最后一個像素向電荷讀取電路溢出。讀取電路優(yōu)選地包括類似于區(qū)域N 14但未覆蓋有表面區(qū)域P+的N型的浮置擴散部；讀取晶體管；由達到(brought to)正參考電勢的漏極N+構成的復位晶體管；以及將浮置擴散部與漏極分離的絕緣轉移柵極。浮置擴散部電連接到讀取晶體管的柵極。在行線N中的最后的電荷積分步驟之后，包含在像素Pn的第二光電二極管中的電荷通過最后的柵極溢出到讀取電路的浮置擴散部中，最后的柵極可以由電勢Φ1控制，就好像在像素Pn之后有第N+1個像素一樣。在對轉移柵極的復位命令使復位晶體管導通之后，執(zhí)行溢出。讀取晶體管安裝為電壓跟蹤器以將其柵極的電勢轉移到其源極，其柵極的電勢表示復位后溢出到浮置擴散部中的電荷量。
權利要求
1.一種以時延和電荷積分進行操作的電荷轉移圖像傳感器，所述傳感器包括N個相鄰的像素線，每個像素線有P個像素，用于通過由數(shù)個像素線相繼觀察同一圖像線并累積由各個線中的給定排列的像素中的圖像點所生成的電荷，所述像素形成在第一類型導電性的半導電層中，所述第一類型導電性的半導電層由對光透明的絕緣柵極覆蓋；以及被設置用于向所述柵極施加交替的電勢，以容許存儲電荷并且然后從一個柵極向下一個柵極定向轉移所述電荷的構件，其特征在于像素包括所述半導電層以上的一連串數(shù)個絕緣柵極，一個像素的所述柵極通過位于第二類型導電性的摻雜區(qū)域以上的狹窄未覆蓋的間隙彼此分離并且與另一線的相鄰像素的所述柵極分離，所述第二類型導電性的摻雜區(qū)域由所述第一類型的摻雜表面區(qū)域覆蓋，所述表面區(qū)域保持在同一參考電勢，相鄰柵極之間的所述狹窄間隙的寬度使得當與所述間隙相鄰的柵極接收交替的高和低電勢時，所述第二類型的所述摻雜區(qū)域的內(nèi)部電勢在所述狹窄間隙的整個寬度中被更改。
2.根據(jù)權利要求I所述的圖像傳感器，其特征在于所述參考電勢是所述第一類型的所述半導電層的公共電勢。
3.根據(jù)權利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于所述第一類型導電性的所述表面區(qū)域均與毗連所述半導電層的相同類型的深擴散部相鄰。
4.根據(jù)權利要求1-3中的一項所述的圖像傳感器，其特征在于所述像素包括通過狹窄間隙分離的四個相鄰的柵極，并且其特征在于通過四個相位來控制所述像素，即，各像素中的同一行的所有的所述柵極接收取自所述四個相位的同一相位。
5.根據(jù)權利要求1-3中的一項所述的圖像傳感器，其特征在于所述像素包括通過狹窄間隙分離的三個相鄰的柵極，并且其特征在于通過三個相位來控制所述像素，即，各像素中的同一行的所有的所述柵極接收取自所述三個相位的同一相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及時延和信號積分線性圖像傳感器(或TDI傳感器)。根據(jù)本發(fā)明，像素包括覆蓋半導電層(12)的一連串數(shù)個絕緣柵極G1i、G2i、G3i、G4i，一個像素的柵極通過柵極的狹窄的未覆蓋的間隙彼此分離并與另一線的相鄰像素的柵極分離，并且該所述一個像素的柵極包括由第一類型(p)的摻雜表面區(qū)域(16)覆蓋的第二類型導電性的摻雜區(qū)域(14，n型)；表面區(qū)域保持在同一參考電勢；相鄰柵極之間的狹窄間隙的寬度使得當柵極維持將電荷從一個像素轉移到下一個像素所必需的交替的電勢時，第二類型的區(qū)域的內(nèi)部電勢在狹窄間隙的整個寬度上被更改。
文檔編號H01L27/148GK102623479SQ20121005689
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月28日
發(fā)明者F·邁耶爾 申請人:E2V半導體公司