CN1976050A - 固态图像拾取装置及包括其的照相机 - Google Patents

Abstract

提供一种固态图像拾取装置，其能够以高速度输出优良品质的图像信号。垂直传送部件(40)和分配传送部件(20)具有用于每2n+1(n是等于或大于1的整数)列的公共电极图形，并包括给其施加驱动脉冲ФV1－ФV6、ФV3R、ФV3L、ФV5R和ФV5L的驱动电极V1－V6、V3R、V3L、V5R和V5L。驱动电极V1、V2、V4和V6被所有列共享，驱动电极V3、V3R、V3L、V5R和V5L是以岛状方式分开的独立电极。分配传送部件(20)针对每列独立地控制信号电荷从垂直传送部件(40)向水平传送部件(10)的读出。

Description

固态图像拾取装置及包括其的照相机

技术领域

本发明涉及一种使用电荷耦合器件的固态图像拾取装置。

背景技术

需要一种安装在数码照相机等中的固态图像拾取装置来应付减小尺寸和重量、高可靠性、高灵敏度、高动态范围以及进一步高分辨率的需求。

下面介绍一种在日本特许公开专利公报No.2004-180284和No.2005-166826中公开的常规固态图像拾取装置。

图7A和7B是表示常规固态图像拾取装置的示意图。更特别地，图7A是示意结构图，图7B是表示栅极在具有多个驱动电极的分配传送部件(distribution transfer section)20中的排列的结构图，其中多个驱动电极独立地设置在列方向上，用于控制信号电荷从图像拾取区域30向水平传送部件10的读出。图8是表示分配传送部件中的布线的示意图。

在图7A中，常规固态图像拾取装置包括：多个光电检测部件50，它们按照两维方式对应像素进行布置，并且在每个光电检测部件50中，设置三种颜色如红(R)、绿(G)和蓝(B)的任意滤色器；和CCD(电荷耦合器件)，其包括驱动电极V1-V6、V3R、V3L、V5R和V5L。

常规固态图像拾取装置还包括用于沿垂直方向传送信号电荷的多个垂直传送部件40以及驱动电极H1和H2，所述信号电荷是根据驱动脉冲ΦV1-ΦV6、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5R和ΦV5L的施加由光电检测部件50产生的。

常规固态图像拾取装置还包括：用于根据驱动脉冲ΦH1和ΦH2将信号电荷沿水平方向传送到输出放大器60的水平传送部件10；和分配传送部件20，其布置在水平传送部件10和图像拾取区域30之间，该图像拾取区域30具有布置在其中的多个光电检测部件50和多个垂直传送部件40。分配传送部件20包括多个驱动电极，这些驱动电极独立地设置在列方向上，用于控制信号电荷从图像拾取区域30向水平传送部件10的读出。

在图7B中，垂直传送部件40和分配传送部件20具有用于每2n+1(n是等于或大于1的整数)列的公共电极图形(common pattern ofelectrodes)，并包括给其施加驱动脉冲ΦV1-ΦV6、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5R和ΦV5L的驱动电极V1-V6、V3R、V3L、V5R和V5L。

驱动电极V1、V2、V4和V6由所有列共享，驱动电极V3、V3R、V3L、V5R和V5L是独立的电极，它们对于每列按照岛状的方式分开。分配传送部件20独立地为每列控制信号电荷从垂直传送部件40向水平传送部件10的读出。

在图8中，经过独立的导线110向分配传送部件20中的驱动电极V3、V3R、V3L、V5、V5R和V5L输入驱动脉冲。

在这种情况下，为了给分配传送部件20供给驱动脉冲，独立的电极V3、V3R、V3L、V5、V5R和V5L总共需要六个独立的导线110。三个独立的导线110在图像拾取区域30中的水平方向延伸，并连接到驱动电极V3、V3R和V3L，其它独立导线在水平传送部件10上横过，并连接到驱动电极V5、V5R、和V5L。

在该常规固态图像拾取装置中，连接到驱动电极V5、V5R和V5L的独立导线形成在铝层中。在这种情况下，水平传送部件被钨层光屏蔽，导致不能获得足够的光屏蔽特性的问题。

发明内容

给定了常规固态图像拾取装置中的上述问题，本发明的目的是提供一种具有分配传送部件的固态图像拾取装置，其中为了提高对水平传送部件进行光屏蔽的性能，用具有高光屏蔽特性的金属层(如铝层)覆盖水平传送部件。

为了达到上述目的，本发明的第一方面旨在一种固态图像拾取装置，其包括：用于产生信号电荷的多个光电检测部件；用于沿垂直方向传送信号电荷的多个垂直传送部件；用于从垂直传送部件接收信号电荷并沿水平方向传送接收到的信号电荷的水平传送部件；分配传送部件，包括沿列方向独立地设置的多个驱动电极，以便将信号电荷从垂直传送部件传送到水平传送部件；和第一导线，其形成在水平传送部件上并连接到驱动电极，用于光屏蔽水平传送部件。

优选地，水平传送部件只由第一导线进行光屏蔽。

优选地，第一导线形成在铝层中。

优选地，该固态图像拾取装置还包括形成在水平传送部件上方的第二光屏蔽层。

优选地，该固态图像拾取装置还包括形成在分配传送部件上方的第二光屏蔽层。

优选地，该固态图像拾取装置还包括形成在水平传送部件上方的第二导线。

优选地，第二导线形成在为铝层的第二光屏蔽层的中。

优选地，分配传送部件具有用于每n(n是等于或大于2的整数)列的公共电极图形。

优选地，该固态图像拾取装置还包括在分配传送部件上方的区域和水平传送部件上方的区域中的至少一个区域中形成的黑色片上透镜层。

优选地，该固态图像拾取装置还包括在分配传送部件上方的区域和水平传送部件上方的区域中的至少一个区域中形成的彩色片上透镜。

本发明的第二方面旨在一种包括根据第一方面的固态图像拾取装置的照相机。

在根据本发明的固态图像拾取装置中，在混合像素信号和多个像素的每个像素的重力中心时，其中要在水平传送部件中混合的输出像素信号是规则的，不需要放弃信号电荷。因此，可以减少水平方向上的像素数量。此外，该固态图像拾取装置能够以高速度输出优良品质的图像信号而不产生波纹和错误信号。

另外，由于用于驱动电极的所有独立导线在图像拾取区域中沿水平传送方向形成，因此水平传送部件可以被铝层光屏蔽，实现了比常规固态图像拾取装置更优异的光屏蔽性能。

由于水平传送部件可以被金属层(如铝层)光屏蔽，其中所述金属层位于比常规水平传送部件中的光屏蔽层更高的位置上，因此可以减小多晶硅栅电极的端子和光屏蔽层之间的电容，减少了取决于水平传送部件的时间常数的脉冲的不锐利性，能够以高速度驱动水平传送部件并增加输出信号的数据传输率的速度。

本发明的这些和其他目的、特点、方面和优点将从下面结合附图对本发明的详细说明中更明显看出。

附图说明

图1A是表示根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置的示意结构图；

图1B是表示第一实施例的分配传送部件的栅极的结构图；

图2是第一实施例的时序图；

图3是表示第一实施例的分配传送部件中的布线的示意图；

图4是表示第一实施例的水平传送部件和多晶硅栅电极的由铝制成的布线的详细布局的示意图；

图5是表示第一实施例的水平传送部件的横断面视图的示意图；

图6是表示根据本发明第二实施例的照相机的方框图；

图7A是表示常规固态图像拾取装置的示意结构图；

图7B是表示常规分配传送部件的栅极的结构图

图8是表示常规分配传送部件中的布线的示意图；

图9是表示常规技术的水平传送部件和多晶硅栅电极的由铝制成的布线的详细布局的示意图；以及

图10是表示常规水平传送部件的横断面视图的示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

下面将参照附图介绍本发明的第一实施例。

图1A是表示根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置的示意图。图1B是表示分配传送部件中的栅极的排列的示意图。

在图1A中，进入图像拾取区域中的光由光电检测部件50进行光电转换，并产生信号电荷。信号电荷被读出晶体管等(未示出)读出到垂直传送部件40。之后，信号电荷被垂直传送部件40传送并到达水平传送部件10。

根据第一实施例的固态图像拾取装置包括多个光电检测部件50和驱动电极V1-V6、V3R、V3L、V5R和V5L，其中多个光电检测部件50按照对应像素的两维方式进行布置，并且每个光电检测部件中布置三种颜色如红(R)、绿(G)和蓝(B)的任意滤色器。

并且该固态图像拾取装置包括多个垂直传送部件40和包括驱动电极H1和H2的水平传送部件，其中垂直传送部件40根据驱动脉冲ΦV1-ΦV6、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5R和ΦV5L的施加而将由光电检测部件50产生的信号电荷沿垂直方向传送。

根据第一实施例的固态图像拾取装置还包括分配传送部件20，该分配传送部件20包括用于根据驱动脉冲ΦH1和ΦH2的施加而沿水平方向传送信号电荷的水平传送部件10和独立电极，该独立电极沿列方向独立地布置，并用于控制信号电荷从多个光电检测部件50和多个垂直传送部件40的读出。

在图1A和1B中，垂直传送部件40和分配传送部件20具有用于每2n+1(n是等于或大于1的整数)列的公共电极图形并包括给其施加驱动脉冲ΦV1-ΦV6、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5R和ΦV5L的驱动电极V1-V6、V3R、V3L、V5R和V5L。

驱动电极V1、V2、V4和V6由所有列共享，驱动电极V3、V3R、V3L、V5、V5R和V5L对于每列来说按照岛状方式分开。分配传送部件20独立地为每个列控制信号电荷从垂直传送部件40向水平传送部件10的读出。

根据本发明的第一实施例，通过采用上述结构，可以实现这样一种固态图像拾取装置：其中减少了水平方向的像素数量，能够以优良品质和高速度输出图像信号而不会产生波纹和错误信号。

接下来，在图2中，示出了用于驱动根据第一实施例的固态图像拾取装置的驱动脉冲的时序图。

在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，当驱动脉冲ΦV1-ΦV6、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5R和ΦV5L处于高电平时，给其施加驱动脉冲的驱动电极用做存储部件，当驱动脉冲ΦV1-ΦV6、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5R和ΦV5L处于低电平时，给其施加驱动脉冲的驱动电极用做阻挡部件(barrier section)。

首先，在每三列中，在图2中的时刻A，驱动电极V5L和V6用做存储部件，并且只有V5L线的电荷被传送到水平传送部件10。当完成从V5L线向水平传送部件10传送电荷时，通过驱动水平传送部件10中的驱动电极H1和H2，被传送的电荷对于两个像素沿向前方向(朝向输出放大器的方向)移动。

接着，在每三列中，在图2中的时刻B，驱动电极V5和V6用做存储部件，并且只有V5线中的电荷被传送到水平传送部件10。结果是，已经在时刻A被传送到水平传送部件的V5L线的电荷和V5线的电荷在水平传送部件10中混合。通过混合电荷之后驱动水平传送部件10中的驱动电极H1和H2，混合电荷对于两个像素沿向前方向移动。

接着，在每三个列中，在图2中的时刻C，驱动电极V5R和V6用做存储部件，并且只有V5R线的电荷被传送到水平传送部件10。结果是，V5和V5L线的混合电荷在水平传送部件10中进一步与V5R线的电荷混合。

换言之，通过分别给垂直传送部件40、水平传送部件10、和分配传送部件20施加驱动脉冲来进行驱动操作，根据第一实施例的固态图像拾取装置能够对于在水平方向相邻的三个像素混合信号电荷。

接着，图3是表示根据第一实施例的固态图像拾取装置中的分配传送部件20和水平传送部件10的一部分、并示出布线结构的示意图。

如图3所示，在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，在分配传送部件20上方形成用于给驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5R施加驱动脉冲的多个第一导线110，以便沿水平传送方向延伸，并且只有第一导线100形成在水平传送部件10上方，以便完全覆盖水平传送部件10。

此外，经过分别以独立方式设置的多个第一导线110将驱动脉冲ΦV3、ΦV3R、ΦV3L、ΦV5和ΦV5R供应给设置在分配传送部件20中的驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5R，其中分配传送部件20靠近垂直传送部件40和水平传送部件10的连接部分设置，并对于每列来说独立地控制读出信号。

换言之，在根据第一实施例的固态图像拾取装置的结构中，用于给驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5R供应驱动脉冲的多个第一导线110都在图像拾取区域30中沿向分配传送部件20的水平传送方向布线。

形成用于给驱动电极V5L施加驱动脉冲的第一导线100以便完全覆盖水平传送部件10。用于为驱动电极V5L布线的第一导线100形成在由具有高光屏蔽特性的金属(如铝)制成的层中。

为了便于详细地理解本发明，下面将通过对比第一实施例和常规技术进行说明。

图9是表示在常规技术的固态图像拾取装置中包括多晶硅栅电极和铝层的水平传送部件的详细布线布局的示意图。图10是表示沿着图9中的线N-N’截取的具有常规结构的水平传送部件的横断面视图的示意图。

另一方面，图4是表示在根据第一实施例的固态图像拾取装置中包括多晶硅栅电极210和220以及铝层100和110的水平传送部件10的详细布线布局的示意图。图5是表示水平传送部件10的沿着图4中的线M-M’截取的横断面视图的剖面图。

在图9和10中，常规技术的固态图像拾取装置包括硅基板600、形成在硅基板上的多个多晶硅电极210和220、为了覆盖多晶硅电极210和220形成的第一光屏蔽层300、形成在第一光屏蔽层300上的层间膜400、形成在层间膜400上的阻挡金属500、和形成在阻挡金属500上的第一导线110。如上所述，在常规固态图像拾取装置中，水平传送部件10被由钨制成的第一光屏蔽层300和第一导线110的铝层光屏蔽。

然而，如图9中清楚看出的，由于第一导线110的铝层是按照条状方式形成的，因此增加了只由第一光屏蔽层300的钨层光屏蔽的水平传送部件10的一部分。因此，可能出现这样的情况：在只由钨层进行光屏蔽的一部分水平传送部件10中不能获得足够的光屏蔽特性的情况。

由于在水平传送部件10上，第一光屏蔽层300的钨层和多晶硅栅电极210和220的水平传送电极在垂直于基板600的方向上彼此靠近，因此第一光屏蔽层300和多晶硅栅电极210或220之间的电容可能增加。

另一方面，如图4和5所示，根据第一实施例的固态图像拾取装置包括硅基板600、形成在硅基板600上的多个多晶硅电极210和220、为了覆盖多晶硅电极210和220形成的层间膜400、形成在层间膜400上的阻挡金属500以及形成在阻挡金属500上的第一导线100。如上所述，根据第一实施例的固态图像拾取装置具有其中水平传送部件10被铝层光屏蔽的结构。

换言之，由于水平传送部件10可以被由具有高光屏蔽特性的金属(如铝)制成的层光屏蔽，因此根据第一实施例的固态图像拾取装置能够达到比常规技术的固态图像拾取装置更好的光屏蔽性能。

而且，在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，形成用于给驱动电极V5L供应驱动脉冲的布线以便完全覆盖水平传送部件10，由此可以节省一个导线所需的空间，其中所述一个导线连接到图像拾取区域30中的沿水平传送方向的分配传送部件20并给驱动电极供应驱动脉冲。

其他驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5R可以都在图像拾取区域300中沿水平传送方向布线。

此外，在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，如图5所示，水平传送部件10被形成在上层中的铝层而不是其中形成钨层的层光屏蔽，由此可以减少多晶硅栅电极和光屏蔽层之间的电容。

换言之，在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，通过减少多晶硅栅电极210或220和形成在铝层中的第一导线100之间的电容，可以减少时间常数，由此减少水平传送驱动脉冲的不锐利性(unsharpness)，其中所述时间常数可以从水平传送部件10中的端子之间的电容和电阻获得。

而且，所述端子之间的电容可以减小，由此允许比常规技术的更快地在水平传送部件10中进行传送。

另外，在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，由于用于光屏蔽水平传送部件10的铝层的光屏蔽层用做用于分配传送部件20中的驱动电极V5L的导线，因此用于驱动电极的布线甚至可以形成在小型单元上方。

而且，在常规技术中，将要供应给驱动电极V5L的驱动脉冲施加于形成在水平传送部件中的布线。因此，值得关注的是在水平传送部件的驱动电极H1和H2以及连接到驱动电极V5L的导线之间产生耦合，并且施加于驱动电极V5L的脉冲可能对水平驱动脉冲有影响，导致水平传送出现故障。相反，在本发明的固态图像拾取装置中，如图2所示，在水平消隐时间(blanking period)(水平传送部件保持静止的时间)中包含给用做光屏蔽层的铝层(第一导线100)施加驱动脉冲的时间。因此，不会产生通过给水平传送部件10的光屏蔽层施加驱动脉冲引起的水平传送故障。

而且，在常规固态图像拾取装置中，使用用于图像拾取区域的钨层对水平传送部件10进行光屏蔽。然而，在本发明的固态图像拾取装置中，一部分铝层用作用于驱动电极V5L和光屏蔽膜两者的导线。因此，不需要新形成用于布线和光屏蔽的层。

尽管在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，水平传送部件10由铝层的第一导线100进行光屏蔽，但是在本发明的另一实施例中，水平传送部件10可以通过在水平传送部件10的上方形成包括第一和第二光屏蔽层的两个铝层并通过使用除了用作第一导线和光屏蔽膜的第一光屏蔽层以外的第二光屏蔽来进行光屏蔽。在由铝制成的第一和第二光屏蔽层形成在水平传送部件10的上方的情况下，连接到驱动电极V3、V3R、V3L、V5、V5R和V5L的导线可以分为两组：形成在第一光屏蔽层中的第一导线和形成在第二光屏蔽层中的第二导线。

尽管在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，形成在铝层中的第一导线110连接到驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5L，但是在本发明的另一实施例中，具有两层结构的铝层可以形成在分配传送部件20上方，并且连接到驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5L的导线可以分为两组：形成在第一铝层上的第一导线和形成在第二铝层上的第二导线。

在本发明的固态图像拾取装置中，可以在水平传送部件10上方形成片上透镜(on-chip lens)层，并且可以在分配传送部件20上方形成黑色片上透镜层。

在本发明的固态图像拾取装置中，作为黑色片上透镜层，可以形成其中层叠多种颜色(例如颜色R和B)的层的透镜层。

片上透镜例如可以在光电检测部件50上方形成滤色片的工艺中形成。因此，不用增加任何新的制造工艺，就可以防止光进入传送部件，并可以很容易地防止图像质量下降。

尽管已经介绍了根据第一实施例的固态图像拾取装置的例子，其中对于每2n+1列重复公共电极图形，但是本发明的另一实施例也可适用于其中对于每2n(n是等于或大于1的整数)列重复公共电极图形的固态图像拾取装置。

尽管在第一实施例的例子中，作为滤色片，介绍了三种颜色的滤色片，在本发明的另一实施例中，可以使用四种颜色(如青色、品红色、黄色和绿色)的滤色片。

尽管在根据第一实施例的固态图像拾取装置中，驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5L从图像拾取区域中的水平传送方向的两侧进行布线，在本发明的另一实施例中，驱动电极V3、V3R、V3L、V5和V5L也可以从图像拾取区域中的水平传送方向的一侧进行布线。

(第二实施例)

接着，参照附图介绍根据本发明第二实施例的包括固态图像拾取装置的照相机。

图6是表示根据第二实施例的包括固态图像拾取装置的照相机的方框图。

在图6中，根据第二实施例的照相机包括透镜1000、根据上述第一实施例的固态图像拾取装置1010、驱动电路1020、信号处理部件1030、外部接口1040。

在照相机中，经过透镜1000的光进入固态图像拾取装置1010。信号处理部件1030控制驱动电路1020驱动固态图像拾取装置1010，从固态图像拾取装置1010装载输出信号，并在装载的输出信号上进行各种处理。被信号处理部件1030处理过的信号经过外部接口1040向外部输出。

根据第二实施例的具有上述结构的照相机能够以高速度从固态图像拾取装置1010输出数据。

由于固态图像拾取装置1010的光屏蔽性能是优异的，因此可以防止在光经过光屏蔽层时产生的如水平方向的涂抹(smear)的故障以及在涂抹成分进入空白传送部件(vacant transfer section)时产生的箝位错误。

因此，根据第二实施例的照相机能够拍摄具有优良品质的图像而不会产生如特别是在拍摄高亮度物体时产生的箝位错误等故障。

本发明的固态图像拾取装置在需要高帧频时是有用的。特别是，固态图像拾取装置对于在拍摄运动图像中需要高分辨率和高帧频的数码照相机等是有用的。

已经详细介绍了本发明，前面的描述在所有方面都是示意性的，并不起限制作用。应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以对本发明做大量其它修改和改变。

Claims (11)

1、一种固态图像拾取装置，包括：

多个光电检测部件，用于产生信号电荷；

多个垂直传送部件，用于沿垂直方向传送所述信号电荷；

水平传送部件，用于从所述垂直传送部件接收所述信号电荷，并沿水平方向传送所接收的信号电荷；

分配传送部件，包括沿列方向独立地设置的多个驱动电极，以便将所述信号电荷从所述垂直传送部件传送到所述水平传送部件；以及

第一导线，其形成在所述水平传送部件上并连接到所述驱动电极，用于光屏蔽所述水平传送部件。

2、根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中所述水平传送部件只由所述第一导线光屏蔽。

3、根据权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中所述第一导线形成在铝层中。

4、根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，还包括形成在所述水平传送部件上方的第二光屏蔽层。

5、根据权利要求2所述的固态图像拾取装置，还包括形成在所述分配传送部件上方的第二光屏蔽层。

6、根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，还包括形成在所述水平传送部件上方的第二导线。

7、根据权利要求6所述的固态图像拾取装置，其中所述第二导线形成在为铝层的所述第二光屏蔽层中。

8、根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中所述分配传送部件具有用于每n(n是等于或大于2的整数)列的公共电极图形。

9、根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，还包括在所述分配传送部件上方的区域和所述水平传送部件上方的区域中的至少一个区域中形成的黑色片上透镜层。

10、根据权利要求1所述的固态图像拾取装置，还包括在所述分配传送部件上方的区域和所述水平传送部件上方的区域中的至少一个区域中形成的彩色片上透镜层。

11、一种包括固态图像拾取装置的照相机，其中：

所述固态图像拾取装置包括：

多个光电检测部件，用于产生信号电荷；

多个垂直传送部件，用于沿垂直方向传送所述信号电荷；

水平传送部件，用于从所述垂直传送部件接收所述信号电荷，并沿水平方向传送所接收的信号电荷；

分配传送部件，包括沿列方向独立地设置的多个驱动电极，以便将所述信号电荷从所述垂直传送部件传送到所述水平传送部件；以及

第一导线，其形成在所述水平传送部件上并连接到所述驱动电极，用于光屏蔽所述水平传送部件。

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