具有彼此相邻排列的三个象素行的电荷传送器件 本发明涉及电荷传送器件，特别涉及包括用于把彩色图像转换成电信号的一维电荷传送元件的电荷传送器件。
下面说明采用具有按行排列的多个象素的一维电荷传送元件的常规电荷传送器件。常规电荷传送器件为了读取两维彩色图像，通过白光撞击其上的原图的反射光或传输光分离成红、蓝和绿三种颜色，这些颜色的光通过电荷传送元件转换成电信号，电信号暂时存储在存储器中。随着一维电荷传送元件，或原图移动，然后反射光或传输光依次转换成电信号，并且从相同位置得到的红、蓝和绿的各个电信号被计算机合成再生成两维彩色图像。这种方法需要用于红、蓝和绿三种颜色的每种的一个一维电荷传送元件。另外，通过从相同位置获得的三种颜色的光的转换得到的电信号必须组成一个信号。因此，在某一维电荷传送元件地象素行和另一一维电荷传送元件的象素行之间的距离(这以下称为行距)增加时，需要增加存储容量以存储颜色信息。例如，如果行距增加两倍，则所需的存储容量也得增加两倍。存储容量的增加会导致采用电荷传送器件的图像读取装置的成本增加。而且，如果斜方向输送原图，则行距更大，分辨率变坏。
行距是影响图像质量和成本的重要因素。假设象素在纵向的长度等于1，则行距实质上是整数，不是十进分数。
图1是包括用于读取彩色图像的一维电荷传送元件的常规电荷传送器件的平面图。
如图1所示，常规电荷传送器件包括分别对应于三种基本颜色光，即红、蓝和绿的第一到第三行的一维电荷传送元件。应该注意到，颜色的排列因各个产品而不同，并且三行的一维电荷传送元件需要读取彩色原图。
每个一维电荷传送元件包括用于把光信号转换成电荷的多个象素单元1、元件分离区域2、CCDs(电荷耦合器件)4、和用于控制电荷从象素单元1到CCDs4读出的读出电极3。每个CCDs4具有按顺序的传送电极191、192、111、112。读出电极3是用多晶硅在与传送电极111、112相同的步骤中制成的。
图2表示沿着线G-G’截取的图1的剖面，即电荷通过其从象素单元1读出到CCD4的部分结构，和工作过程中的电势分布。图3表示沿着线H-H’截取的图1的剖面，即CCD4的截面部分，和工作过程中的电势分布。
在常规电荷传送器件中，每个CCDs4具有两相驱动结构。CCD4包括：N型半导体衬底5、P型阱6、形成象素单元1的光电二极管N型阱7、形成象素单元1的光电二极管P型区8、传送电极191、192、111、和112、N型阱10、N型扩散层区12、和通过以自对准方式把硼等离子注入到传送电极191、192中形成的氧化膜13。
下面参照图1-3说明常规电荷传送器件的操作。
电荷在图1的象素单元1中产生，这取决于入射光的量和储存时间，并且通过给读出电极3施加5V电压而读出到CCDs4。信号电荷15在读出电极3的控制下被读出到CCDs4。被读到CCDs4中的电荷通过连续给CCDs4的传送电极191、192和传送电极111、112施加电压而在一个方向被传送，如图3中所示。然后传送电荷通过设置在CCDs4端部的电荷探测器(未示出)转换成电压而连继被读出。在象素单元1第一到第三行产生的电荷被为各个行设置的CCDs4连续传送，要转换成电压。
图1所示的常规电荷传送器件，为了读入彩色图像，采一种其中相同结构的三个一维电荷传送元件并置成三行的排列。通过这样排列，行距不会等于或小于象素单元1在纵向的长度的两倍。
图4中示出了另一常规例子，其中行距可以制成等于或小于象素单元1在纵向的长度的两倍。
如图4中所示，在这个电荷传送器件中，第一行的一维电荷传送元件在图中的向上和向下方向被颠倒过来，从而减小第一和第二行之间的行距。这种方式的缺点是，由于第一和第二行之间的行距与第二和第三行之间的行距互不相等，如果如上所述斜方向输送原图，则颜色位移的比率因颜色不同而不同，结果图像不清晰。
图5中示出了意欲解决上述问题的另一常规例子。
在所示的常规电荷传送器件中，第一、第二和第三行的象素单元1按边对边排列，相邻象素单元1之间的所有行距等于象素单元1在纵向上的长度。在第二行的一维电荷传送元件的象素单元1中产生的电荷通过第三行的象素单元1读出到CCDs4中。
图6表示沿着图5的I-I’线截取的剖面图和电势分布。读出电极3设置在第二和第三行象素单元1之间，从而把第二行象素单元1中产生的电荷通过第三行象素单元1读出到CCDs4中。
在该常规电荷传送器件中，行距等于象素单元1在纵向的长度。因而，所需要的存储容量最少，即使原图是斜方向输送的，所得到的图像也不会是不清晰的。但是，如果要入射到第三行象素单元1上的光没有被截止，当从第二行一维电荷传送元件读出电荷时，在第三行象素单元1中会发生颜色混合的现象。
简言之，常规电荷传送器件的缺点是，由于第二行一维电荷传送元件的电荷必须穿过第三行一维电荷传送元件，所以将引起颜色混合，结果产生特性缺陷，例如出现错误颜色。
本发明的目的是提供电荷传送器件，其中三行象素可以彼此相邻排列，而不会发生例如颜色混合或出现错误颜色的特性问题。
根据本发明的电荷传送器件包括：彼此相邻排列的第一到第三象素行，用于读出和传送在第一象素行中产生的信号电荷的第一电荷耦合元件，和用于读出和传送在第二和第三象素行中产生的信号电荷的第二电荷耦合元件。另外，还提供用于把第二象素行中产生的信号电荷读出到第二电荷传送元件的第二读出电极，其每个设置在第三象素行的相邻象素之间。
因而，由于每个相邻第一到第三象素行之间的行距基本上等于象素长度，而不会发生诸如颜色混合或出现错误颜色的特性问题，所需要的存储容量减少了。
根据本发明的实施例，第二电荷耦合元件的电极之间的间距等于第一电荷耦合元件的电极之间的间距的一半，并且还包括设置在第一读出电极和第三读出电极之间的电极，用于暂时把信号电荷存储在其中。
因而，第二象素行中产生的信号电荷和第三象素行中产生的信号电荷可以同时被读出。
根据本发明的另一实施例，每个第二读出电极的读出沟道的尺寸应如此设置：其宽度在与第二电荷耦合元件相邻的部分比在与第二象素行相邻的部分大。
在本实施例中，由于在第二电荷耦合元件附近的电势高于象素单元附近的电势，这是由于窄沟道效应引起的，信号电荷从第二象素行的象素到第二电荷耦合元件的读出时间减少了。
根据本发明的另一实施例，通过在传输栅下面的离子注入产生电势差，由此提高电荷的流率。因而，可以防止可能由长时间需要读出电荷和保留在沟道部分中的大量电荷(剩余图像)引起的剩余图像特性的可能退化。
通过下面参照附图的说明，本发明的上述和其它目的、特点和优点将更明显，其中图中表示了本发明的例子。
图1是第一常规例子的电荷传送器件的平面图；
图2是沿着图1电荷传送器件的G-G’线截取的剖面图；
图3是沿着图1电荷传送器件的H-H’线截取的剖面图；
图4是第二常规例子的电荷传送器件的平面图；
图5是第三常规例子的电荷传送器件的平面图；
图6是沿着图5电荷传送器件的I-I’线截取的剖面图和电势分布图；
图7是根据本发明的第一实施例电荷传送器件的平面图；
图8是沿着图7电荷传送器件的A-A’线截取的剖面图和电势分布图；
图9是沿着图7电荷传送器件的B-B’线截取的剖面图和电势分布图；
图10是沿着图7电荷传送器件的C-C’线截取的剖面图和电势分布图；
图11是根据本发明的第二实施例电荷传送器件的平面图；
图12是根据本发明的第三实施例电荷传送器件的平面图；
图13沿着图12电荷传送器件的D-D’和E-E’线截取的剖面图和沿着F-F’线的电势分布图。
图14是本发明的第四实施例的电荷传送器件的平面图；
图15是在图14的部分J的衬底放大视图；
图16是沿着图15的电荷传送器件的K-K’线截取的剖面图和电势分布图；
图17是沿着图14的电荷传送器件的L-L’线截取的剖面图和电势分布图；
图18是本发明的第五实施例的电荷传送器件的平面图；
图19是在图18的部分M的衬底放大视图；
图20是沿着图19的电荷传送器件的N-N’线截取的剖面图和电势分布图；和
图21是沿着图18的电荷传送器件的O-O’线截取的剖面图和电势分布图。
第一实施例
如图5中所示，在根据本实施例的电荷传送器件中，象素单元1的第一、第二和第三行用与图7中所示常规电荷传送器件相同的方式按顺序彼此相邻排列。
在第三行的相邻象素单元1之间提供一个读出电极94，用于读出被第二行一维电荷传送元件的象素单元1获得的电荷。读出电极93趋于读出被第三行一维电荷传送元件的象素单元1获得的电荷。读出电极93、94和传送电极113、114构成每个CCDs24。
下面参照图7到10说明根据本发明的电荷传送器件的操作。
当光根据要读取的原图的亮度或暗度的不同程度变化时在象素单元1中产生的电荷在单独的象素单元1中积累固定时间。积累的电荷的量根据入射光的量而变化。在象素单元1中积累的电荷通过给由多晶硅以与象素单元1叠加关系的方式形成的读出电极91、93、94施加大约12V的电压而传送到CCDs4、24。电荷在CCDs4的传送可以用两相驱动方法或四相驱动方法进行。
两相驱动方法称为普通方法，其中在某一时序，读出电极91、传送电极111被施加5V电压，读出电极92、传送电极112被施加0V电压，而在另一时序，读出电极91、传送电极111被施加0V电压，读出电极92、传送电极112被施加5V电压。四相驱动方法称为这样一种方法，其中四个电极读出电极91、92和传送电极111、112彼此分开使用。
关于设置在第三行一边的一维电荷传送元件的CCDs24，也可以交替给读出电极93、传送电极113和读出电极94、和传送电极114施加0V和5V电压以进行电荷传送。
由于施加与读出电极91、93、94的电压在0V和5V之间变化，当传送电荷时必须进行测量，从而在电荷传送过程中防止电荷从象素单元1流进CCDs4、24。到此为止，在读出电极91、93、94下面的读出沟道16中注入硼，提供控制用于信号电荷的读出电压的P型离子注入区14。用于控制读出电压到12V而要注入的硼的量和注入过程中的加速电压分别设置为约2.0×1012/m3和60KeV。
下面解释怎样选择和读出积累在第一、第二和第三行的象素单元1中的电荷。当读出第一行象素单元1的信号电荷时，给读出电极91施加12V的电压，由此把信号电荷读出到CCDs4中。当读出第二行象素单元1的信号电荷时，给读出电极93施加12V的电压。另外，当读出第三行象素单元1的信号电荷时，可以给读出电极94施加12V的电压。在CCDs4——对应于第一行的象素单元1时，为第二和第三行象素只提供一个CCD24，并被第二和第三行公用。因此，积累在第二和第三行象素单元1中的信号电荷必须交替读出。
在图7中，第三行的象素单元1具有小于第一和第二行的象素单元1的表面面积。在这些象素单元1的表面上形成用于截止入射光的氧化膜13，不形成氧化膜13的部分用作光实际照射的部分。因而，以同样的方式为第一到第三行形成不形成氧化膜13的部分，从而使光照射的面积在所有行中相等。
第二实施例
图11是根据本发明第二实施例的电荷传送器件的平面图。图1中与图7中所示相同的部分用相同的参考标记表示并且不再详细说明。
本实施例与图7所示第一实施例的电荷传送器件的区别在于，设置在第三行的象素单元1一侧上的CCDs34的间距是第一行一侧的CCDs4的间距的两倍。此外，每个CCD34具有读出电极95、96、97、98和传送电极115、116、117、118。读出电极96趋于读出积累在第三行象素单元1中的信号电荷，读出电极98趋于读出积累在第二行象素单元1中的信号电荷。
在本例中，由于除了用于读出信号电荷的读出电极96和98之外还包括能够暂时积累信号电荷的读出电极95、97，所以积累在第二和第三行象素单元1中的信号电荷可以同时读出。如果本例的电荷传送器件用目前的技术形成，则象素单元1的尺寸大约为10μm×10μm。在本例中，是在相同行中排列的相邻象素单元1之间的距离的象素间距比第一实施例的大。
第三实施例
参见图12，根据本发明第三实施例的电荷传送器件是图7的第一实施例的电荷传送器件的改型，其区别在于，代替读出沟道16，包括读出沟道66，其每个具有比相邻象素单元1大的宽度的相邻CCD24。在图12中，相同的参考标记表示图7到10中对应的部分。
在上述第一实施例中，由于每个读出沟道16是长形的，以致于可以穿过第三行的象素单元1之间，为了读出积累在第二行象素单元1中的信号电荷，所需要的时间比读出积累在第一和第三行象素单元1的每个中的信号电荷所需要的时间长。
不变的是，在本例中，由于第二行的每个象素单元1构成其读出沟道的沟道宽度66是比相邻象素单元1大的相邻CCD24，由于窄沟道效应而使CCD24附近的电势变得比象素单元1附近的电势高，并且信号电荷可以平稳地读出。
参照图13，其中示出了沿着本例的电荷传送器件的D-D’线截取的剖面图，沿着E-E’线截取的另一剖面图，和沿着F-F’线的电势分布图。
在本例的电荷传送器件中，从象素单元1到CCD24的读出时间大约为2μ秒。
第四实施例
下面说明第四实施例。
在一个行距型的彩色线性CCD传感器中，三个基本颜色的象素彼此相邻设置。在行距是1的地方，每个外侧象素与电荷传送元件(CCD)相邻设置，而中心象素以距离CCD寄存器一定距离的关系设置。
为了读出在外侧象素中产生的电荷，给读出电极施加比用于传送(例如，用于传送的0到5V，和用于读出的12V)的电压高的电压，从而从象素读出电荷到CCDs。
中心象素没有设置在CCD寄存器附近。因此，在中心象素和外侧象素之间提供沟道，从而电荷可以从中心象素通过沟道读出到CCD。用于读出的电压通常等于从两外侧象素读出电荷所用的电压。由于外侧象素与CCD寄存器相邻设置，所以电荷在从外侧象素读出而流过的距离比在电荷从中心象素读出时流过的距离短，因而读出时间也短。
另一方面，由于电荷从中心象素传送的距离较长，除此之外沟道的宽度小，因此电荷不愿从中心象素流过，而且需要长的读出时间。为了解决这个问题，采用了下面的措施。
首先，采用用于制成一个行距型的CCD传感器的离子注入步骤，进行离子注入，从中心象素向设置在外侧上的CCD传送电荷的电势可以具有阶式变化或分布。
其次，进行离子注入，从而使离子可以较宽地分布在CCD侧上，以致于电势可以在整个读出沟道中向CCD连续增高。
第四实施例采用了这样一种方法(这以下称为2多-储存)，其中在CCD部分在第二层的多晶硅栅部分积累电荷，并且使用N型离子注入用于电荷积累，N型阱和读出控制P型离子注入用于CCD。
用于电荷积累的N型离子注入选择进行使用，为了制成CCD，用第一层多晶硅做掩模进行N型离子注入，CCD的第二层多晶硅部分用作电荷积累部分，第一层多晶硅部分用作传送的阻挡层。
因而，为了从中心象素一侧读出，第四实施例提供的结构包括，读出控制P型注入区、不注入离子的区域(P型阱)、用于CCD电荷积累部分的N型注入区和N型阱，并且其中电势从象素向CCD连续变深。通常情况下，在电荷传送器件中，由于电子作为电荷传送，所以电子从象素平稳地流向CCD。
图14是根据本发明第四实施例的电荷传送器件的平面图；图15是在图14的部分J的衬底放大视图；图16是沿着图15的电荷传送器件的K-K’线截取的剖面图和电势分布图；图17是沿着图14的电荷传送器件的L-L’线截取的剖面图和电势分布图。
如图14和15所示，在根据本例的一个行距电荷传送器件中，在象素1一侧上的宽度大而在CCD24一侧上的宽度小的读出沟道40的宽度可以是均匀的。
为了N型阱10、读出沟道控制P型注入区41和CCD电荷积累部分N行注入区42而进行离子注入。读出沟道控制P型注入区41的离子浓度必须如此设置，当给读出栅施加5V电压时，读出栅可以断开，但是当施加另一12V电压时，读出栅可以接通。注入进入CCD电荷积累部分N型注入部分42的离子的量应使CCD电荷积累部分N型注入部分42在CCD24的N阱注入区耗尽电压约为3.5V时表现为约6V电压。
图16表示在给读出栅施加0V、5V和12V电压时本例一个行距电荷传送器件的操作过程中的电势。在象素1和CCD24之间存在四级电势，它们之间的电势差有效地作用于电子，从而容许从象素1向CCD24高速率读出。图17表示2多-储存的CCD部分的剖面结构和电势分布。
具有上述结构的电荷传送器件以与上述第三实施例的电荷传送器件相同的方式操作。
在这种方式中，第三实施例通过形成在CCD24一侧上具有较宽宽度的读出沟道40提高了第二象素行中产生的信号电荷的读出速率，本例通过在传输栅下面注入离子而产生电势差，从而提高电荷的流率。因而，电势差减少了残余电荷，并且实现了改进剩余图像特性。
根据实验结果，在没有电势差的地方，需要10微秒的读出时间，但是根据本例，电荷可以在约1微秒时间内读出。另外，关于由剩余电荷引起的剩余图像特性，在常规器件表现为约5％的电荷读出剩余量时，本例表现为约1％的改进的读出剩余量。
第五实施例
图18是本发明第五实施例的电荷传送器件的平面图；图19是在图18的部分M的衬底放大视图；图20是沿着图19的电荷传送器件的N-N’线截取的剖面图和电势分布图；和图21是沿着图18的电荷传送器件的O-O’线截取的剖面图和电势分布图。
根据本例的一个行距电荷传送器件采用这种方法(以下称为1多-储存)，其中在CCD部分在第一层的多晶硅栅部分积累电荷，在一个行距电荷传送器件中，为N型阱10、读出沟道控制P型注入区、和CCD阻挡部分P型注入区43和CCD阻挡部分P型注入区44依次进行离子注入。
注入到读出沟道控制P型注入区和CCD阻挡部分P型注入区43中的离子浓度必须如此设置，当给读出栅施加5V电压时，读出电极可以断开，但是当施加12V电压时，读出电极可以接通。进入CCD阻挡部分P型注入区44，注入离子的量应使CCD阻挡部分P型注入区44在CCD24的N阱注入区的电压约为6V时表现为约3.5V的电压。
图20表示在给读出栅施加0V、5V和12V时的电势。在象素1和CCD24之间存在三级电势，并且它们之间的电势差有效地作用于电子，容许从象素1向CCD24高速率读出。图21是1多-储存的CCD部分的剖面图和电势分布图。
特别是，在上述第四实施例中，第一层多晶硅栅用作掩模，选择注入N型半导体物质(例如磷)，以致于第二层多晶硅栅部分具有比第一层多晶硅栅部分相对高的电势，当传送电荷时，电荷积累在第二层的多晶硅栅部分中。
因此，也可以为用于从位于中心的象素1读出电荷的沟道部分进行N型半导体物质的注入，由此容许电荷从位于中心的象素1读出。
相反，在第五实施例中，第一层多晶硅栅用作掩模选择注入P型半导体物质(例如硼)，从而第二层多晶硅栅部分具有比第一层多晶硅栅部分相对低的电势，在传送电荷时，电荷积累在第一层多晶硅栅部分中。
因此，也可以为用于从位于中心的象素1读出电荷的沟道部分进行P型半导体物质的注入，由此容许电荷从位于中心的象素1顺利地读出。
另外，如图15和19所示，用于CCD24的N型阱10是通过向读出沟道40中注入形成的，用于读出电荷，从而它象棒一样突出。
应该注意，在一个行距型电荷传送器件中，用于从中心象素读出的读出沟道的宽度的增加减少了设置在外侧上的光电二极管的面积，并且这降低了灵敏度。沟道宽度的减少需要增加电荷穿过沟道的时间，而且从中心象素读出电荷需要的时间比从其它两象素读出电荷需要的时间长。众所周知，留在沟道中的电荷的量(剩余图像)也增加了，这使剩余图像特性变坏。
上述第四和第五实施例的电荷传送器件有效地起到提高运行特性方面的功能。
上面已经使用特殊形式说明了本发明的优选实施例，这种说明只是为了解释的目的，应该明白，在不脱离下面权利要求书的精神或范围的情况下可以做出各种修改和改变。