CN112331688B - 一种同时实现大信号处理和高频转移的ccd结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CCD器件技术领域，具体涉及一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，包括衬底、沟阻、多晶硅电极，输出节点，靠近输出节点的沟阻形状为弧形，远离输出节点的形状为直线形，所述沟阻左侧中间位置具有一个向外凸起；所述多晶硅电极包括多层多晶硅电极，且各层多晶硅电极依次交替排列设置，多晶硅电极层之间不留间隙，多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线，位于沟阻内侧的部分为弧形，且越接近输出节点，其弧度越大。本发明中通过弧形多晶硅电极实现CCD信号电子的逐步汇集，同时兼顾了大信号处理和高频转移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及CCD器件技术领域，具体涉及一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构。
背景技术
电荷藕合器件(Charge Couple Devices,CCD)属于一种集成电路，具有光电转换、信号储存、转移(传输)、输出、处理以及电子快门等多种独特功能。电荷耦合器件(CCD)是由相距极近的MOS电容器排成阵列，加上适当的时序脉冲后，CCD能按可控方式，沿半导体衬底移动电荷量。CCD能执行广泛的电子学功能，包括图像传感，数据存储和信号处理，具有噪声低、图像均匀、体积小等优点，广泛用于图像摄取及信号处理等领域。为了进一步提高CCD器件感光灵敏度，减小多晶硅栅对光的吸收损失，提高CCD器件的量子效率，后续出现了透明栅电极CCD、多晶硅薄栅CCD、虚相CCD、背照CCD等多种结构的CCD器件。
如图1、图3、图5、图7和图9所示，在传统的多晶硅薄栅CCD结构中，部分信号电子输出时距离输出节点远，由于信号电子转移所需的时间与距离的平方成反比，远的距离降低了工作频率。如果减小图中所示多晶硅电极的高度，虽然缩短了部分信号电子输出时距离输出节点远的问题，提高了工作频率，但是由于CCD的信号处理量与多晶硅电极的面积成正比，多晶硅电极高度的减小将导致多晶硅电极面积的减小，降低CCD的信号处理量。
发明内容
为了解决传统CCD由于信号电子距离输出节点距离远而导致的电子转移效率与信号处理量不能兼顾的问题，本发明提供一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，可以同时兼顾CCD信号处理量和高频转移的问题。
一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，包括：衬底、沟阻、多晶硅电极，输出节点，所述沟阻为衬底上的掺杂区域，所述沟阻的外边缘的上下两侧为直线形状，所述沟阻的外边缘的的左侧为向左边凸出的“凸”形直线形状，所述沟阻的内边缘左侧部分为向外凸出的圆弧形状，所述圆弧形状的中间位置具有一个向左凸出的矩形线条，且凸出的矩形部分的形状与沟阻外边缘左侧的“凸”形直线形状相对应；沟阻的内边缘的上下两侧均为直线形状；所述沟阻的外边缘与所述沟阻的内边缘间隔一定距离；所述多晶硅电极为沉积于所述衬底上的条形薄膜，且所述多晶硅电极位于沟阻内侧的形状为弧形；所述输出节点靠近沟阻左侧中部位置，所述输出节点设置于弧形多晶硅电极内侧的衬底上。
进一步的，所述多晶硅电极包括多层多晶硅电极，分别是第一层多晶硅电极、第二层多晶硅电极、第三层多晶硅电极,……,第N层多晶硅电极。
进一步的，每层多晶硅电极具有多条多晶硅栅。
进一步的，对于沉积在衬底上的任意一层多晶硅电极，该多晶硅电极上的每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大。
进一步的，对于沉积在衬底上的任意一层多晶硅电极，该层多晶硅电极的多个多晶硅栅连接在一起，该层多晶硅电极与其他层多晶硅电极为绝缘关系。
一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，包括：衬底、沟阻、第一层多晶硅电极、第二层多晶硅电极、第三层多晶硅电极和输出节点，所述沟阻为衬底上的掺杂区域；所述多晶硅电极为沉积于所述衬底上的薄膜。所述沟阻的外边缘的上下两侧为直线形状，所述沟阻的外边缘的的左侧为向左边凸出的“凸”形直线形状，所述沟阻的内边缘左侧部分为向外凸出的圆弧形状，所述圆弧形状的中间位置具有一个向左凸出的矩形线条，且凸出的矩形部分的形状与沟阻外边缘左侧的“凸”形直线形状相对应；沟阻的内边缘的上下两侧均为直线形状；所述沟阻的外边缘与所述沟阻的内边缘间隔一定距离。
进一步的，第一层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状；位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大。
进一步的，第二层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大；且第二层多晶硅电极中多晶硅栅的半径曲率大于第一层多晶硅电极中对应多晶硅栅的半径曲率；第二层多晶硅电极的左侧中部设置有一个直角条形的多晶硅栅。
进一步的，第三层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大；且第三层多晶硅电极中多晶硅栅的半径曲率大于第二层多晶硅电极中多晶硅栅的半径曲率和第一层多晶硅电极中对应多晶硅栅的半径曲率；第三层多晶硅电极最左侧的多晶硅栅的上部具有向左水平设置的栅条。
本发明的有益效果：本发明的CCD结构将靠近输出节点的沟阻形状从传统的直线型改进成了圆弧形，将靠近输出节点的CCD多晶硅转移电极从传统的直线型改进成了圆弧形，这样的改进可以同时兼顾CCD信号处理量和高频转移的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为现有CCD的沟阻结构图；
图2为本发明的CCD沟阻结构图；
图3为现有CCD的第一层多晶硅结构图；
图4为本发明的CCD的第一层多晶硅结构图；
图5为现有CCD的第二层多晶硅结构图；
图6为本发明的CCD的第二层多晶硅结构图；
图7为现有CCD的第三层多晶硅结构图；
图8为本发明的CCD的第三层多晶硅结构图；
图9为现有CCD的第一层多晶硅叠加第二层多晶硅叠加第三层多晶硅叠加沟阻图形；
图10为本发明CCD的第一层多晶硅叠加第二层多晶硅叠加第三层多晶硅叠加沟阻图形；
图11为改进前和改进后的第一层多晶硅叠加沟阻图形对比图；
图12为改进前和改进后的第一层多晶硅叠加第二层多晶硅叠加沟阻图形对比图；
图13为改进前和改进后的第二层多晶硅叠加沟阻图形对比图；
图14为改进前和改进后的第三层多晶硅叠加沟阻图形对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图10所示，一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，包括：衬底、沟阻、多晶硅电极，输出节点，所述沟阻为衬底的特定掺杂区域，所述沟阻包括外边缘和内边缘，所述沟阻的外边缘的上下两侧为直线形状，所述沟阻的外边缘的的左侧为向左边凸出的“凸”形直线形状，所述沟阻的内边缘左侧部分为向外凸出的圆弧形状，所述圆弧形状的中间位置具有一个向左凸出的矩形线条，且凸出的矩形部分的形状与沟阻外边缘左侧的“凸”形直线形状相对应；沟阻的内边缘的上下两侧均为直线形状；所述沟阻的外边缘与所述沟阻的内边缘间隔一定距离；所述沟阻左侧外边缘下方具有两个向外凸出的直线形掺杂区域；如图2所示。
进一步的，沟阻为衬底的掺杂区域，掺万分之一的杂质。沟阻的作用是为了把CCD信道区域和非信道区域隔开。
所述多晶硅电极为沉积于所述衬底上的条形薄膜，且所述多晶硅电极位于沟阻内侧部分的形状为弧形条状，位于沟阻外侧部分的形状为直线条状；所述多晶硅电极包括多层多晶硅电极，分别是第一层多晶硅电极、第二层多晶硅电极、第三层多晶硅电极,……,第N层多晶硅电极，且每两层之间设置有绝缘层，使得不同层多晶硅电极之间为绝缘关系。
进一步的，在一个实施例中，每层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，同一层多晶硅电极上的多个多晶硅栅之间为连接关系，不同层多晶硅电极为绝缘关系。
进一步的，在一个实施例中，对于沉积在衬底上的任一层多晶硅电极，该多晶硅电极上的每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大。
在一个实施例中，对于沉积在衬底上的任意一层多晶硅电极，该层多晶硅电极的多晶硅栅连接在一起，该层多晶硅电极与其他层多晶硅电极的多晶硅栅没有连在一起。在制备过程中，先在衬底上沉积第一层多晶硅电极，其次，在第一层多晶硅电极上沉积一层绝缘层，在绝缘层上沉积第二层多晶硅电极，……以此类推，以此实现同一层多晶硅电极上的多个多晶硅栅之间为连接关系，不同层多晶硅电极上的多晶硅栅处于绝缘关系。
在一个优选实施例中，所述多晶硅电极的层数为三层，分别是：第一层多晶硅电极、第二层多晶硅电极和第三层多晶硅电极。
具体地，第一层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状；位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大，如图4和图11所示。
第二层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大；且第二层多晶硅电极中多晶硅栅的半径曲率大于第一层多晶硅电极中对应多晶硅栅的半径曲率；第二层多晶硅电极的左侧中部设置有一个直角条形的多晶硅栅，如图6、图12和图13所示。
第三层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大；且第三层多晶硅电极中多晶硅栅的半径曲率大于第二层多晶硅电极中多晶硅栅的半径曲率和第一层多晶硅电极中对应多晶硅栅的半径曲率；第三层多晶硅电极最左侧的多晶硅栅的上部具有向左水平设置的栅条，如图8和图14所示。
所述输出节点靠近沟阻左侧中部位置，所述输出节点设置于弧形多晶硅电极内侧的衬底上。输出节点指的是一个位置区域，电荷转移到输出节点，电荷在多晶硅电极下面的衬底里面，为多晶硅电极施加电压，衬底中的电荷在多晶硅电极的控制作用下在衬底中从右向左转移，最终转移到输出节点从输出节点出去。
本发明的CCD结构在工作时的工作原理：电荷在多晶硅电极下面的衬底里面，为多晶硅电极施加电压，衬底中的电荷在多晶硅电极的控制作用下从衬底的右侧转移到左侧，最终转移到输出节点。
当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上表面”、“左侧”、“一端”、“两端”、“另一端”、“顶部”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，包括：衬底、沟阻、多晶硅电极，输出节点，其特征在于，所述沟阻为衬底上的掺杂区域，所述沟阻的外边缘的上下两侧为直线形状，所述沟阻的外边缘的左侧为向左边凸出的“凸”形直线形状，所述沟阻的内边缘左侧部分为向外凸出的圆弧形状，所述圆弧形状的中间位置具有一个向左凸出的矩形线条，且凸出的矩形部分的形状与沟阻外边缘左侧的“凸”形直线形状相对应；沟阻的内边缘的上下两侧均为直线形状；所述沟阻的外边缘与所述沟阻的内边缘间隔一定距离；所述多晶硅电极为沉积于所述衬底上的条形薄膜，且所述多晶硅电极位于沟阻内侧的形状为弧形；所述输出节点靠近沟阻左侧中部位置，所述输出节点设置于弧形多晶硅电极内侧的衬底上；
所述多晶硅电极包括多层多晶硅电极，分别是第一层多晶硅电极、第二层多晶硅电极、第三层多晶硅电极,……,第N层多晶硅电极；每层多晶硅电极具有多条多晶硅栅；对于沉积在衬底上的任意一层多晶硅电极，该多晶硅电极上的每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大。
2.根据权利要求1所述的一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，其特征在于，对于沉积在衬底上的任意一层多晶硅电极，该层多晶硅电极的多个多晶硅栅之间为连接关系，该层多晶硅电极与其他层多晶硅电极为绝缘关系。
3.一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，包括：衬底、沟阻、第一层多晶硅电极、第二层多晶硅电极、第三层多晶硅电极和输出节点，其特征在于，所述沟阻为衬底上的掺杂区域；所述多晶硅电极为沉积于所述衬底上的薄膜；
所述第一层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状；位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大；
所述第二层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大；第二层多晶硅电极的左侧中部设置有一个直角条形的多晶硅栅；
所述第三层多晶硅电极具有多条多晶硅栅，每条多晶硅栅位于沟阻外侧的部分为直线条状，位于沟阻内侧的部分为弧线条状，且弧线的曲率半径随着越靠近CCD输出节点越大。
4.根据权利要求3所述的一种同时实现大信号处理和高频转移的CCD结构，其特征在于，所述沟阻的外边缘的上下两侧为直线形状，所述沟阻的外边缘的左侧为向左边凸出的“凸”形直线形状，所述沟阻的内边缘左侧部分为向外凸出的圆弧形状，所述圆弧形状的中间位置具有一个向左凸出的矩形线条，且凸出的矩形部分的形状与沟阻外边缘左侧的“凸”形直线形状相对应；沟阻的内边缘的上下两侧均为直线形状；所述沟阻的外边缘与所述沟阻的内边缘间隔一定距离。
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2020
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