CN207517689U - 固态图像传感器和成像系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及固态图像传感器和成像系统。固态图像传感器包括：衬底，衬底包括：第一杂质类型的第一衬底层；设置在第一衬底层的表面上的第二杂质类型的第二衬底层，该第二衬底层包括：基本上沿着衬底的中心线布置的中心沟道，其中中心沟道基本上由以下项界定：与水平中心线的第一侧相邻的第一杂质类型的第一势垒区，以及与水平中心线的第二侧相邻的第一杂质类型的第二势垒区；以及布置成行和列的多个光敏区；与中心沟道相邻的第二杂质类型的漏极区，其中中心沟道电耦接到漏极区；以及设置在中心沟道上方的中心栅极。本实用新型解决的技术问题是改进固态图像传感器和成像系统，实现的技术效果是提供改进的固态图像传感器和改进的成像系统。

Description

固态图像传感器和成像系统
技术领域
本实用新型涉及图像传感器，并且具体地讲涉及具有中心沟道以用于收集和传送电荷的CCD图像传感器以及对应的成像系统。
背景技术
电荷耦合器件(CCD)图像传感器通过响应于入射光的强度而生成电荷的光敏部位(“像素”)来捕获图像。像素通常以行和列布置以形成像素阵列。为了从像素阵列读出累积的电荷，竖直CCD移位寄存器被定位成与每列像素相邻或者包含在每列像素中，以将累积的电荷接收并移位到水平CCD移位寄存器。电荷以逐行或并行方法通过竖直CCD移位寄存器来移位。水平CCD移位寄存器从竖直CCD移位寄存器接收电荷，并且将每行累积的电荷依次连续地或逐像素地移位到输出放大器。
每个像素具有其可存储的最大电荷量。当由像素收集的电荷载子的总数超过该像素的电荷容量并且过量电荷溢出到相邻像素时，会发生被称为“光晕”的现象。许多CCD像素形成有抗光晕结构，诸如横向溢流漏极。这些结构提供了在电荷载子溢出到相邻像素之前从像素中排出过量电荷载子的方式。
在常规四输出全帧CCD图像传感器中，沿着图像传感器的水平中心线的中心栅极可透射光并生成电荷。电荷可朝向中心栅极上方和/或下方的行中的相邻像素漂移，导致沿着中心线上方和下方的行的图像伪影，因为漂移到相邻像素的电荷不均匀分布。在相邻像素中收集的额外电荷产生图像伪影，与其上方和下方的相邻行相比，该图像伪影使其自身以不同强度表现为沿着中心行的两条较亮的线。
实用新型内容
本实用新型解决的一个技术问题是改进固态图像传感器和成像系统。
在一方面，本实用新型是固态图像传感器，其包括：衬底，该衬底包括：第一杂质类型的第一衬底层；设置在第一衬底层的表面上的第二杂质类型的第二衬底层，该第二衬底层包括：基本上沿着衬底的中心线布置的中心沟道，其中中心沟道基本上由以下项界定：与水平中心线的第一侧相邻的第一杂质类型的第一势垒区，以及与水平中心线的第二侧相邻的第一杂质类型的第二势垒区；以及布置成行和列的多个光敏区；与中心沟道相邻的第二杂质类型的漏极区，其中中心沟道电耦接到漏极区；以及设置在中心沟道上方的中心栅极。
在一个实施方案中，上述固态图像传感器还包括第三势垒区，该第三势垒区至少部分地设置在第一衬底层内并且与漏极区相邻。
在上述固态图像传感器的一个实施方案中，漏极区被配置为具有大于中心沟道的静电势的静电势。
在一个实施方案中，固态图像传感器还包括设置在中心沟道和中心栅极上方的遮光罩。
在一个实施方案中，固态图像传感器还包括设置在光敏区上方的微透镜阵列。
在一个实施方案中，固态图像传感器还包括设置在微透镜阵列内的间隙下方的遮光罩。
在一个实施方案中，固态图像传感器还包括设置在多个光敏区上方的滤色器阵列。
在上述固态图像传感器的一个实施方案中，漏极区沿着衬底竖直地布置，并且其中漏极区和中心沟道基本上垂直于彼此。
在另一方面，本实用新型是成像系统，其包括：存储器装置；耦接到存储器装置的处理器；以及耦接到处理器的图像传感器，该图像传感器包括：横向溢流漏极；包括布置成行和列的多个光敏区的有源像素阵列；中心沟道，该中心沟道沿着有源像素阵列的与有源像素阵列的两个相对边缘基本上等距的区域设置；设置在中心沟道上方的中心栅极；设置在中心沟道的第一侧上的第一势垒；设置在中心沟道的第二侧上的第二势垒；其中第一势垒和第二势垒设置在中心沟道的相对侧上；并且其中中心沟道耦接到横向溢流漏极。
在一个实施方案中，成像系统还包括第三势垒区，该第三势垒区设置在中心沟道和横向溢流漏极之间。
在一个实施方案中，成像系统还包括设置在中心沟道和中心栅极上方的遮光罩。
在一个实施方案中，成像系统还包括设置在光敏区上方的微透镜阵列。
在一个实施方案中，成像系统还包括设置在微透镜阵列内的间隙下方的遮光罩。
在上述成像系统的一个实施方案中，横向溢流漏极和中心沟道基本上垂直于彼此。
在一个实施方案中，成像系统还包括设置在光敏区上方的滤色器阵列。
在上述成像系统的一个实施方案中，横向溢流漏极被配置为具有大于中心沟道的静电势的静电势。
本实用新型实现的一个技术效果是提供改进的固态图像传感器和改进的成像系统。
附图说明
当结合以下示例性附图考虑时，可通过参照具体实施方式来得到对本实用新型技术的更完整理解。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。
图1代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的成像系统；
图2代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器；
图3代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的一部分的顶视图；
图4代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的横截面；
图5代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的横截面；
图6代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的横截面；
图7代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的横截面；
图8是根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的输出结构的示意图；并且
图9示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器的一部分的顶视图。
具体实施方式
本实用新型技术可在功能块组件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件实现。例如，本实用新型技术可采用可执行各种功能的各种处理器、控制器、定时装置等。此外，本实用新型技术可结合任何数量的成像系统来实施，并且所述设备仅为该技术的一种示例性应用。此外，本实用新型技术可采用任何数量的用于制造装置和/或设备、捕获图像数据、对图像数据进行采样、图像数据读出等的常规方法和技术。
根据本实用新型技术的各个方面的CCD图像传感器的方法和设备可结合任何合适的成像系统(诸如照相机系统、视频系统、机器视觉、车辆导航、监视系统、运动检测系统、图像稳定系统、天文望远镜、扫描仪、科学和医疗设备等)进行操作。
参见图1，成像系统可包括电子装置(诸如数字照相机105)。成像系统可包括通过总线115与各种装置通信的处理器110。在各种实施方案中，处理器110可实现为微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路 (ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置、诸如现场可编程门阵列 (FPGA)、或其他处理装置，或多种此类装置的组合。处理器110可包括用于执行计算、发送和接收图像数据的任何数量的半导体器件(诸如晶体管、电容器等)以及用于存储图像数据的存储单元。处理器110可以提供并控制定时信号。
输入/输出(I/O)装置120可被连接到总线115，并且可提供进出系统的通信。I/O装置120可包括外部装置，诸如计算机显示器、存储卡、或一些其他外部单元、或到外部装置的端口。I/O装置120可从处理器110接收数字图像数据、帧数据和/或增益信息。在其他实施方案中，I/O装置120可包括用于直接查看和/或存储数字图像数据的内部装置，诸如显示屏或存储器部件。
连接到总线115的其他装置可提供存储器，例如，随机存取存储器 (RAM)125、硬盘驱动器以及一个或多个外围存储器装置130诸如，软盘驱动器、光盘(CD)驱动器、USB驱动器、存储卡和SD卡。虽然总线115被示为单条总线，但可使用任何数量的总线来提供通信路径以使装置互连。
成像系统还可包括用于捕获和传输图像数据的图像传感器145。例如，光可通过透镜135进入照相机105并到达图像传感器145。在各种实施方案中，透镜135可将图像聚焦在图像传感器145上。例如，透镜135可包括固定和/或可调节透镜。图像传感器145可例如通过将波的可变衰减 (在它们穿过物体或被物体反射时)转换成电子信号来检测并传送构成图像的信息。图像传感器145可结合任何适当的技术实现，诸如全帧或帧传送电荷耦合器件(CCD)。
现在参见图2，在本实用新型技术的示例性实施方案中，图像传感器 145可包括像素阵列220。像素阵列220可包括布置成行和列的多个有源像素205和暗像素215。多个有源像素205可称为有源像素阵列210。在各种实施方案中，围绕有源像素阵列210的暗像素215通常被遮光，并且不提供任何图像信息，而是用于提供暗参考。
在各种实施方案中，每个有源像素205可包括响应于光的光敏区。光敏区捕获入射光并且将其转换成光生电荷(“电荷载子”)。在各种实施方案中，有源像素205可包括具有透明或半透明栅极电极的CCD，该栅极电极用于电荷收集和传输两者。
在各种实施方案中，图像传感器145还可包括输出和控制电路255以施加偏置电压并且选择性且依次地读出在每个像素中累积的电荷。来自每个像素的电荷可包括图像数据，诸如对应于场景照明的数据。输出和控制电路255可包括放大器以将电荷转换成电压。然后可对与收集的电荷量相关的电压进行处理和/或存储以用于处理。
在示例性实施方案中，图像传感器145可包括分割的架构。例如，像素阵列215可具有多个电隔离区域，诸如四个象限。可使用单独的输出和控制电路255(1)：255(4)读出来自隔离区域的电荷，其中有源像素阵列210 的每个隔离区域用对应的输出和控制电路255控制和读出。
在本实用新型实施方案中，每个象限包括相等数量的有源像素205。象限的边界处可由水平中心线225和竖直中心线230限定。水平中心线225 可与相对边缘(例如有源像素阵列210的顶部边缘235和底部边缘240)基本上等距，并且竖直中心线230可与相对边缘(例如有源像素阵列210的左边缘245和右边缘250)基本上等距。
在各种实施方案中，输出和控制电路255可包括以下各项的端子：输出栅极电压VOG、衬底电压VSUB、电压源回路VSS、视频输出VOUT、电压源VDD、复位栅极信号VRG、复位漏极电压VRD、横向溢流漏极电压 VLOD、第一水平时钟信号H1、第二水平时钟信号H2、第一竖直时钟信号 V1和第二竖直时钟信号V2。输出和控制电路255还可包括中心栅极电压 VCG端子.
在各种实施方案中，输出和控制电路255可根据控制信号和从有源像素205接收的电荷来生成输出信号。例如，参见图8，输出和控制电路255 可包括输出结构以接收第一控制信号，例如在两相CCD中接收第一竖直时钟信号V1和第二竖直时钟信号V2，以将电荷传送到水平移位寄存器。输出结构还可接收第二控制信号，例如第一水平时钟信号H1和第二水平时钟信号H2，以将来自水平移位寄存器的电荷传送到感测节点(通常称为浮动扩散(FD))，并且将电荷转换为电压。例如，FD可连接到三级放大器，而且电压被放大并且变成视频输出VOUT信号，该信号与像素中生成的信号成比例。
虽然上述实施方案涉及具有两相CCD读出操作的四路架构，但是图像传感器145可用适用于特定应用的任何读出操作和电路来实现。例如，图像传感器145可实现为三相或四相CCD。类似地，图像传感器145可包括适用于特定应用的任何架构，例如，有源像素阵列210可被划分成两半而不是象限，其中水平中心线225限定每个半部之间的边界。
图像传感器145可使用任何合适的技术和/或制造工艺在硅中形成，以在有源像素阵列210上传输电荷。硅可掺杂有杂质以形成p型和n型材料。例如，可使用硼来形成p型材料，并且可使用磷或砷来形成n型材料。改变此类杂质的浓度以在图像传感器145的区域内产生所需的静电势。
参见图3、图4和图5，有源像素205可形成在衬底400的顶部表面内。衬底400可包括第一杂质类型的第一层405，例如p型层，以及与第一杂质类型相反的第二杂质类型的第二层410，例如n型掩埋沟道层。
在各种实施方案中，有源像素阵列210可包括中心沟道310，例如以从有源像素阵列210收集并排出过量的电荷。在各种实施方案中，中心沟道310可沿着水平中心线225设置。中心沟道310可设置在两个相邻行的有源像素205之间。中心沟道310可由第一势垒区315和第二势垒区320 之间的区域限定，其中第一势垒区和第二势垒区315，320设置在中心沟道 310的相对侧上。
在各种实施方案中，第一势垒区和第二势垒区315，320可包括一个或多个较高电势的掺杂区以容纳收集在中心沟道310中的电荷。例如，根据示例性实施方案，第一势垒区和第二势垒区315，320包括两个掺杂区，其中掺杂区中的每个掺杂区包括相同杂质类型。第一势垒区和第二势垒区315， 320可掺杂有与第二层410的杂质类型相反的杂质类型。使用一个或多个掺杂区以形成第一势垒区和第二势垒区315，320可基于制造技术和方法，并且可针对特定应用进行选择。例如，两个掺杂区可形成第一势垒区315，并且两个掺杂区可形成第二势垒区320，其中掺杂区中的至少一个掺杂区在制造期间用于自对准。
有源像素阵列210还可包括介电层415，例如以电隔离形成于衬底400 中的元件，诸如中心沟道310和有源像素阵列210。介电层415可包括绝缘材料，例如二氧化硅(SiO2)，并且可形成在衬底400的第二层410上。介电层415可使用常规方法形成，诸如热氧化或化学气相沉积。作为另外一种选择，介电层415可包括介电层的多层堆叠，诸如氧化物-氮化物-氧化物 (ONO)。
有源像素阵列210还可包括中心栅极330、第一栅极335和第二栅极 340。在各种实施方案中，中心栅极330、第一栅极335和第二栅极340可以是导电的，并且例如可作为具有不同电压的电极来操作，以在操作期间产生势阱。根据各种实施方案，图像传感器145可包括多个第一栅极335 和第二栅极340。中心栅极330、第一栅极335和第二栅极340可形成在介电层415上。
中心栅极330、第一栅极335和第二栅极340可包括导电透明材料，诸如多晶硅或氧化铟锡(ITO)。第一栅极335可与第二栅极340电绝缘，并且可包括导电透明材料的电分离的第二层。
作为微透镜430将来自有源像素205的周围区域的光转移到第一栅极 335的中心区的结果，信号电荷的大部分可在第一栅极335下收集。
中心栅极330可设置在中心沟道310正上方，而第一栅极和第二栅极 335，340可设置在有源像素205的第二层410上方。
在各种实施方案中，中心沟道310可电耦接到横向溢流漏极300，例如以有助于将过量的电荷排出图像传感器145。在各种实施方案中，横向溢流漏极300还可耦接到有源像素205以从有源像素205收集和排出过量的电荷，以防止电荷溢出(光晕)。横向溢流漏极300可沿着有源像素205的一侧布置并且在有源像素阵列210上形成一个连续区域。在示例性实施方案中，中心沟道310可占据基本上垂直于横向溢流漏极300的区域。
图像传感器145还可包括沟道停止区305，例如以抑制电荷载子从横向溢流漏极300流到相邻的有源像素205。在各种实施方案中，沟道停止区 305可沿着横向溢流漏极300的与中心沟道310相对的一侧形成。沟道停止区305可沿着衬底400延伸有源像素阵列210的全长，该全长类似于横向溢流漏极300的全长。沟道停止区305可为高导电区，诸如p+型材料，且具有与第一层405相同的杂质类型，并且可从衬底表面延伸穿过第二层410 并进入第一层405。
在各种实施方案中，有源像素阵列210的每个有源像素205还可包括微透镜430，例如以增加光收集效率。微透镜430可有助于将光聚焦在有源像素205的大多数光敏区上。多个微透镜可形成微透镜阵列。可为特定应用选择微透镜430的尺寸和类型。微透镜430可使用常规制造技术和方法来形成。
在示例性实施方案中，微透镜430可设置在第一栅极335上方以将光引导到第一栅极335下方的光敏区。间隙705，710可存在于相邻微透镜之间。一些光可经过间隙705，710到达中心栅极330和第二栅极340。
在各种实施方案中，图像传感器145可包括滤色器系统，例如以根据波长过滤照射光。包括滤色器图案的滤色器系统，诸如滤色器阵列(CFA) (未示出)，可位于有源像素阵列210(图2)上以捕获颜色信息。在各种实施方案中，每个有源像素205覆盖有一种颜色的CFA。例如，可提供 Bayer滤色器阵列，该滤色器阵列包括红色R、蓝色B和绿色G滤光器的图案。在其他实施方案中，CFA可使用其他滤色器，诸如CYYM滤光器(一个青色、两个黄色和一个品红色)、CYGM滤光器(一个青色、一个黄色、一个绿色和一个品红色)、CRGB滤光器(一个青色、一个红色、一个绿色和一个蓝色)以及任何其他合适的颜色图案来形成。在各种实施方案中，CFA可包括“透光”或透明的滤光器元件。CFA可形成2×2颜色图案、4×4颜色图案、2×4颜色图案或任何其他合适的图案尺寸。在各种实施方案中，CFA可重复覆盖整个有源像素阵列210。
参见图6和图9，图像传感器145还可包括第三势垒区625，例如以抑制电荷载子从横向溢流漏极300返回进入中心沟道310。使用第三势垒区 625可取决于施加到中心栅极330的电压值和所施加的横向溢流漏极电压 VLOD。在示例性实施方案中，第三势垒区625可设置在中心沟道310和横向溢流漏极300之间。第三势垒区625可掺杂有与第二层410的杂质类型相反的杂质类型。在本实用新型实施方案中，中心沟道310在三侧上被第一势垒区315、第二势垒区320和第三势垒区625围绕。
参见图7，在各种实施方案中，有源像素阵列210可包括设置在每个有源像素205的一部分上方的遮光罩700以防止杂散光进入并到达衬底400 的不旨在进行电荷收集的区域。杂散光可通过相邻微透镜430之间的间隙 705进入，包括沿着中心线225的间隙710。
在示例性实施方案中，遮光罩700可设置在中心沟道310上方并且沿着中心线225，以防止在中心沟道310中收集过量的电荷。在示例性实施方案中，遮光罩700的宽度X可跨越中心沟道310的宽度W。遮光罩700的宽度X可基于中心沟道310的宽度W和势垒区的位置而改变。减小遮光罩 700的宽度X可改善角度响应和量子效率。
在可供选择的实施方案中，遮光罩700还可跨过微透镜间隙705正下方的整个像素阵列210设置，并且可覆盖有源像素205的光敏区的一部分。在间隙705下方提供遮光罩使在阵列的两个半部之间保持了均匀的空间采样图案。遮光罩700的宽度X可跨越宽度Y，但减小遮光罩700的宽度X可改善角度响应和量子效率。
遮光罩700可使用常规制造技术和方法来形成，并且可使用不透明材料形成，例如铝、钨、金属硅化物层等。
根据各种实施方案，图像传感器145可沿着有源像素205的接缝分离区段收集并去除过量的电荷，例如以改善与接缝直接相邻的那些有源像素 205之间的均匀性。改善这些有源像素205之间的均匀性可减少图像伪影，与其上方和下方的相邻行相比，沿着与接缝相邻的行，该图像伪影以不同强度表现两条较亮的线。
在各种实施方案中，图像传感器145可通过向电极结构施加不同的电压来促进过量电荷的收集和去除，以在图像传感器145上产生势阱。
在各种实施方案中，图像传感器145可包括一旦收集电荷就改善电荷容纳的结构。
在各种实施方案中，图像传感器145还可包括覆盖图像传感器145上的各个区域的光阻挡结构。在各种实施方案中，光阻挡结构可在由接缝分离的阵列的区段之间提供均匀的空间采样图案。可调整光阻挡结构的宽度以改善角度响应和量子效率。
参见图4和图5，在操作中，可将中心栅极电压VCG(例如，DC偏置)施加到中心栅极330。将中心栅极330保持在设定的电压电平产生第一静电势阱435。类似地，将电压(例如，横向溢流漏极电压VLOD)施加到横向溢流漏极300产生第二静电势阱440。第一势阱435和第二势阱440可具有不同的沟道电势。
在示例性实施方案中，第二势阱440的沟道电势可大于第一势阱的沟道电势。因此，当将中心栅极电压VCG施加到中心栅极330并且将横向溢流漏极电压VLOD施加到横向溢流漏极300时，第一势阱435(对应于中心沟道310)中收集的电荷被排出到第二势阱440(对应于横向溢流漏极 300)中。
根据各种实施方案，第二势阱440比第一势阱435更深(值更高)。这产生电场，该电场将额外电荷从第一势阱435拉入第二势阱440中。在不存在电场的情况下，在第一势阱435中收集的额外电荷可跳过相邻势垒445并且被相邻像素收集，这可能导致图像伪影，例如沿着水平中心线225 的两条较亮的线(图2)。
一旦电荷被收集在第二势阱440中，其立即被排出图像传感器145。因此，可消除作为在中心栅极330下方生成的额外电荷的结果的图像伪影。
横向溢流漏极电压VLOD和中心栅极电压VCG的值可根据特定装置的工作电压、期望的沟道电势、装置的时钟电压等来选择。例如，根据一个实施方案，中心栅极电压VCG可被设定为约-2V，并且横向溢流漏极电压 VLOD可被设定为约10V。
在可供选择的实施方案中，施加到中心栅极330的中心栅极电压VCG可在第一中心栅极电压VCG1电平和第二中心栅极电压电平VCG2之间交替。例如，第一中心栅极电压电平VCG1可为约2V，并且第二中心栅极电压电平 VCG2可为约-9V。在示例性实施方案中，中心栅极330可电耦接到相邻栅极，诸如第一栅极335。根据各种实施方案，将中心栅极330电耦接到第一栅极可简化数字照相机105中的电路设计，而不引入另外的DC偏置。
现在参见图6，在各种实施方案中，图像传感器145可包括第三势垒区625，以在中心栅极330接收交流电压诸如VCG1和VCG2时在第一势阱 435和第二势阱440之间产生电荷势垒。如上所述，第二势阱440具有高于第一势阱435的沟道电势。因此，当将中心栅极电压VCG(例如， VCG1＝2V)施加到中心栅极330并且将横向溢流漏极电压VLOD施加到横向溢流漏极300时，中心沟道310的第一势阱435中收集的电荷被下拉入横向溢流漏极300的第二势阱440中。一旦电荷被拉入横向溢流漏极300 中，第三势垒区625可有助于防止电荷返回注入到中心沟道310中。
根据一个实施方案，固态图像传感器包括：衬底，该衬底包括：第一杂质类型的第一衬底层；设置在第一衬底层的表面上的第二杂质类型的第二衬底层，该第二衬底层包括：基本上沿着衬底的中心线布置的中心沟道，其中中心沟道基本上由以下项界定：与水平中心线的第一侧相邻的第一杂质类型的第一势垒区，以及与水平中心线的第二侧相邻的第一杂质类型的第二势垒区；以及布置成行和列的多个光敏区；与中心沟道相邻的第二杂质类型的漏极区，其中中心沟道电耦接到漏极区；以及设置在中心沟道上方的中心栅极。
根据一个实施方案，固态图像传感器还包括第三势垒区，该第三势垒区至少部分地设置在第一衬底层内并且与漏极区相邻。
根据一个实施方案，漏极区被配置为具有大于中心沟道的静电势的静电势。
根据一个实施方案，固态图像传感器还包括设置在中心沟道和中心栅极上方的遮光罩。
根据一个实施方案，固态图像传感器还包括设置在光敏区上方的微透镜阵列。
根据一个实施方案，固态图像传感器还包括设置在微透镜阵列内的间隙下方的遮光罩。
根据一个实施方案，固态图像传感器还包括设置在多个光敏区上方的滤色器阵列。
根据一个实施方案，漏极区沿着衬底竖直地布置，并且其中漏极区和中心沟道基本上垂直于彼此。
根据一个操作，用于CCD传感器中电荷收集和分布的方法包括：将第一电压施加到设置在中心沟道上方的中心栅极，其中第一电压产生第一静电势，并且其中中心沟道沿着像素阵列的中心线设置；将第二电压施加到漏极区，其中第二电压产生第二静电势，其中漏极区电耦接到沟道区，并且其中第一静电势小于第二静电势；在中心沟道处收集电荷，其中中心沟道由相对势垒区界定，该相对势垒区包括：至少部分地设置在第一衬底层的顶部表面内的第一势垒区，以及至少部分地设置在第一衬底层的顶部表面内的第二势垒区；以及将在中心沟道处收集的电荷排出到漏极区中。
根据一个操作，漏极区和中心沟道基本上垂直于彼此。
根据一个操作，该方法还包括交替地将两个不同电压施加到中心栅极，该电压选自：第一电压、第三电压和第四电压。
根据一个操作，中心沟道还包括设置在中心沟道和漏极区之间的第三势垒区。
根据一个实施方案，成像系统包括：存储器装置；耦接到存储器装置的处理器；以及耦接到处理器的图像传感器，该图像传感器包括：横向溢流漏极；有源像素阵列，该有源像素阵列包括布置成行和列的多个光敏区；中心沟道，该中心沟道沿着有源像素阵列的与有源像素阵列的两个相对边缘基本上等距的区域设置；设置在中心沟道上方的中心栅极；设置在中心沟道的第一侧上的第一势垒；设置在中心沟道的第二侧上的第二势垒；其中第一势垒和第二势垒设置在中心沟道的相对侧上；并且其中中心沟道耦接到横向溢流漏极。
根据一个实施方案，成像系统还包括第三势垒区，该第三势垒区至少部分地设置在第一层的顶部表面内并且与横向溢流漏极相邻。
根据一个实施方案，成像系统还包括设置在中心沟道和中心栅极上方的遮光罩。
根据一个实施方案，成像系统还包括设置在光敏区上方的微透镜阵列。
根据一个实施方案，成像系统还包括设置在微透镜阵列内的间隙下方的遮光罩。
根据一个实施方案，横向溢流漏极和中心沟道基本上垂直于彼此。
根据一个实施方案，成像系统还包括设置在光敏区上方的滤色器阵列。
根据一个实施方案，横向溢流漏极被配置为具有大于中心沟道的静电势的静电势。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本实用新型技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其他功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中会存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。然而，可在不脱离本实用新型技术的范围的情况下作出各种修改和变化。以示例性而非限制性方式考虑说明书和附图，并且所有此类修改旨在包括在本实用新型技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例来确定所述技术的范围。例如，除非另外明确指明，否则可以任何顺序执行任何方法或工艺实施方案中列举的步骤，并且这些步骤不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何设备实施方案中列举的组件和/或元件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本实用新型技术基本上相同的结果，因此不限于具体示例中阐述的具体配置。
上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何元件都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。
术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列元件的过程、方法、制品、组合物或设备不仅仅包括这些列举的元件，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物或设备固有的其他元件。除了未具体引用的那些，本实用新型技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或组件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于具体环境、制造规范、设计参数或其他操作要求。
上文已结合示例性实施方案描述了本实用新型技术。然而，可在不脱离本实用新型技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本实用新型技术的范围内，如以下附权利要求书中所述。

Claims (10)

1.一种固态图像传感器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底包括：
第一杂质类型的第一衬底层；
设置在所述第一衬底层的表面上的第二杂质类型的第二衬底层，所述第二衬底层包括：
基本上沿着所述衬底的中心线布置的中心沟道，其中
所述中心沟道基本上由以下项界定：
与水平中心线的第一侧相邻的所述第一杂质类型的第一势垒区，和
与所述水平中心线的第二侧相邻的所述第一杂质类型的第二势垒区；和
布置成行和列的多个光敏区；
与所述中心沟道相邻的所述第二杂质类型的漏极区，其中
所述中心沟道电耦接到所述漏极区；和
中心栅极，所述中心栅极设置在所述中心沟道上方。
2.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，还包括第三势垒区，所述第三势垒区至少部分地设置在所述第一衬底层内并且与所述漏极区相邻。
3.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，还包括设置在所述中心沟道和所述中心栅极上方的遮光罩。
4.根据权利要求3所述的固态图像传感器，其特征在于，还包括：
设置在所述光敏区上方的微透镜阵列；和
设置在所述微透镜阵列内的间隙下方的遮光罩。
5.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于：
所述漏极区沿着所述衬底竖直地布置；并且
所述漏极区和所述中心沟道基本上垂直于彼此。
6.一种成像系统，其特征在于，包括：
存储器装置；
耦接到所述存储器装置的处理器；和
耦接到所述处理器的图像传感器，所述图像传感器包括：
横向溢流漏极；
有源像素阵列，所述有源像素阵列包括布置成行和列的多个光敏区；
中心沟道，所述中心沟道沿着所述有源像素阵列的与所述有源像素阵列的两个相对边缘基本上等距的区域设置；
设置在所述中心沟道上方的中心栅极；
设置在所述中心沟道的第一侧上的第一势垒；
设置在所述中心沟道的第二侧上的第二势垒；
其中所述第一势垒和所述第二势垒设置在所述中心沟道的相对侧上；并且
其中所述中心沟道耦接到所述横向溢流漏极。
7.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，还包括第三势垒区，所述第三势垒区设置在所述中心沟道和所述横向溢流漏极之间。
8.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，还包括设置在所述中心沟道和所述中心栅极上方的遮光罩。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其特征在于，还包括：
设置在所述光敏区上方的微透镜阵列；和
设置在所述微透镜阵列内的间隙下方的遮光罩。
10.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于：
所述横向溢流漏极和所述中心沟道基本上垂直于彼此，并且
所述横向溢流漏极被配置为具有大于所述中心沟道的静电势的静电势。
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US5130774A (en) 1990-07-12 1992-07-14 Eastman Kodak Company Antiblooming structure for solid-state image sensor
JPH08264747A (ja) * 1995-03-16 1996-10-11 Eastman Kodak Co コンテナ側方オーバーフロードレインインプラントを有する固体画像化器及びその製造方法
JP3370249B2 (ja) * 1996-12-27 2003-01-27 松下電器産業株式会社 固体撮像装置とその駆動方法および製造方法
JP4635291B2 (ja) * 2000-03-31 2011-02-23 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 半導体装置の製造方法
US6624453B2 (en) * 2001-08-31 2003-09-23 Eastman Kodak Company Lateral overflow drain, anti-blooming structure for CCD devices having improved breakdown voltage
US8605187B2 (en) * 2009-06-01 2013-12-10 Truesense Imaging, Inc. CCD image sensors having multiple lateral overflow drain regions for a horizontal shift register
JP6521586B2 (ja) * 2014-07-31 2019-05-29 キヤノン株式会社 固体撮像素子および撮像システム

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