[发明专利]固态图像拾取器件及其控制方法

说明书

本发明涉及一种固态图像拾取器件以及控制固态图像拾取器件的方法，更具体地讲，本发明涉及一种具有电阻性栅极垂直电荷转移单元的固态图象拾取器件及其控制方法。

行间型电荷耦合器件是固态图象拾取器件的一个典型的例子。行间型电荷耦合器件包括一个光电二极管阵列，多个垂直移位寄存器和一个水平移位寄存器。光电二极管阵列具有多列光电二极管，并且垂直移位寄存器设置在各列光电二极管之间。一个电荷转移区和电荷转移区上面的转移电极形成垂直移位寄存器，并且对转移电极提供一个电荷转移信号以便顺序地改变转移电极下的电位，垂直移位寄存器把全部电荷分组或每隔一个的电荷分组从相关的光电二极管列输送到水平移位寄存器。

垂直移位寄存器分阶段地转移电荷分组，并且打算把所有从相关二极管列供给的电荷分组累计起来。但是，当元件缩小时，将不能提供足够的容量。

HendricHeyns等人在“电阻性栅极CTD区域图像传感器(′TheResistive Gate CTD Area-Image Sensor′，IEEE-Transaction on ElectronDevices，vol.ED-25，No.2，第135至139页，1978年2月)”公开了一种解决这种问题的方法。根据此文，在电阻性栅极的两端提供一个恒定的电位差，以便沿电阻性栅极产生一个梯度电荷转移沟道，并且通过该梯度电荷转移沟道转移一个电荷分组。对每行光电二极管进行电荷转移，并且打算用每个垂直电荷转移元件从一个光电二极管转移电荷分组。为此，可以减小分配给垂直电荷转移元件的区域。这导致了分配给光电二极管区域的增大。

图1和2示出了现有技术的具有电阻性栅极电荷转移器件或元件的区域图像传感器，图3和4示出了垂直电荷转移元件和光电二极管。为了更好地理解，从图1和3所示的布置中以及图2所示的结构中除去了一个光屏蔽板。现有技术的区域图像传感器制造在一个p型半导体芯片1上，并且光电二极管2和n型电荷转移区3形成在p型半导体芯片1的表面部分。光电二极管2有一种MOS(金属-氧化物-半导体)结构，并且光电二极管2排列成行和列。光电二极管2的列与n型电荷转移区3交替排列，并且每列光电二极管2与n型电荷转移区3之一相关。在图3中，用阴影线示出n型电荷转移区3。重掺杂p型沟道截断环4使光电二极管2与非相关n型电荷转移区3电隔离，并提供了用于产生光电荷的p-n结。沟道电位设计为2伏左右。

p型半导体基片1的主表面由一绝缘层5覆盖，并且在绝缘层5上刻蚀高电阻多晶硅的电阻性栅极6。电阻性栅极6具有迭加在n型沟道电荷转移区3之上的梯度电位电极部分6a和连接在梯度电位电极部分6a和恒压电源7a/7b之间的公用电极部分6b/6c。恒压电源7a通过公用电极部分6b向梯度电位电极部分6a施加高电位，其它恒压电源7b通过其它的公用电极部分6c向梯度电位电极部分6a的其它端施加低电位。结果，沿梯度电位电极部分6a产生梯度电位。梯度电位电极部分6a，绝缘层5和n型电荷转移区3组合形成了每个垂直电荷转移元件。

电阻性栅极6由一个绝缘层8覆盖，并且在绝缘层8刻蚀累积电极9。累积电极9垂直于梯度电位电极部分6a延伸，并且分别与光电二极管2的行相关。每个累积电极9每隔一段距离与相关行的光电二极管2上的绝缘层5保持接触，携带图像的光入射到光电二极管2的耗尽区。入射的光产生电荷分组，电荷分组在与绝缘层5保持接触的累积电极9下面的势阱中累积。

累积电极9连接于一个垂直移位寄存器10，并被有选择地驱动以读出电位。当垂直移位寄存器10改变一个累积电极9以读出电位时，电荷分组被分别从相关行的光电二极管2读出到n型电荷转移区3，并且电极部分6a中的梯度电位将电荷分组向水平电荷转移元件11移动。

传输门电极12a/12b在邻近水平电荷转移元件11的地方在n型电荷转移区3的上方沿伸，并且在传输门电极12a/12b之间延伸着一个累积电极13。累积电极13覆盖着一个绝缘层8，并且与梯度电位电极部分6a隔开，转移电极12a/12b设置在累积电极13的两侧。

累积电极9和转移电极12a/12b由一个透明绝缘层14覆盖(见图4)，并且在透明绝缘层14上图形化一个铝的遮光层15。遮光层15有孔15a，光电二极管2暴露于孔15a。遮光层15防止光入射到n型电荷转移区3。

n型电荷转移区3连接于抗散焦漏极区16，一个抗散焦电极17把过量的光电荷从n型电荷转移区3扫向抗散焦漏极区16。水平电荷转移元件11连接于一个输出电路18，并且从电路18输出一个图像信号。