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406427a7_B7___五、發明説明（f ) 發明背景 發明铕城 本發明像有關一種全-像素讀出-型式固態影像感測裝 置及驅動該固態影像感測裝置之方法，更待別的是有關 一種垂直傳送電極結構，用於将讀取信號電赭傳送到垂 直CCD(霣荷縝合裝置）並且設定将施加於垂直傳送霄棰 之鼷動霣壓。 相鼷坊佑锐明 近年來，應用固態影像感测装置的商務用或私用視訊 相機變得更為普及。這些商務用或私用的習知視訊相機 使用的是隔行設計（隔行掃描設計），以這種設計對水平 倍號線實施隔行捅描以符合電視的設計（HTSC或PAL)。 同時，用於傾人電腦的影像输入相機最近已有顯箸的 發展。當作水平掃描設計而具有這種型式的相機會使用 非-隔行設計以得到高解析度的靜止影像且會很容易地 將影像输出到電腦顯示器上。於非-隔行設計相機中所 用的固態影像感測裝置必須同時而獨立地黷取所有像素 的信號電荷。這種讀取設計是稱為全-像素讀出或順序 掃描（參考文獻：Okuya等人發表於1995 ITE Annual Convention, ι>ρ.93-94的論文「一種 1/3-英寸之 330k 方形-像素的順序掃描用（IT-CCD)影像感測器（A 1/3-inch 330k Square-Pixel Prograessive - Scan IT-CCD In a g e Sensor) j ) 〇 第10圄潁示的是一種習知的全-像素讀出-型式隔行CCD (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 406427 at _B7____ 五、發明説明（> ) 固態影像感薄裝置。 這種影像感測裝置主要是分割成影像感測部分1、水 平CCD2、及输出部分（電荷偵測部分）3。於影像感測部 分1內，用於儲存經光電轉換之信號電荷的數傾光電二 極體4是於矩陣内作二維陣列配置。用於沿垂直方向傳 送信號霣荷的垂直CCD 5是配置於光電二棰體的導線之 間。用於讀取從毎一值光霣二極膿4到相對褰的垂直 CCD 5之信號電荷的傳送閘棰匾域1〇是形成於光電二橱 體4輿垂直CCD 5之間。於彩像感測部分1内，除光電 二極體4 、垂直CCD 5、及傳送閘極匿域10之外的區域 是一 β元件隔離區域11。 接箸將會説明具有上述配置之固態影像感澍裝置的作 業。將在預定時段内由光電二棰體4作光電轉換之信號 電荷透過傳送閘棰匾域10而讀取到垂直CCD 5上。將讀 取到垂直CCD 5上的信號電荷依水平導線的單位傳送到 水平CCD 2上。將傳送到水平CCD 2上的倍號電荷傳送到 输出部分3上而加以偵拥。 第11圖顯示的是第10圔中固態影像感澜裝置的光電二 極體4和垂直CCD 5。第11圔只顯示出沿水平和垂直方向 的3X2値像素。第12圓顯示的是第11圖中結構之放大的 詳細圖示。第13圖顯示的是第12圖中沿C-C線段所取的 匾段。 參照第11圈到第13圖，將由多晶矽構成且含有垂直傳 送電極6, 7, 8和9的垂直CCD 5配置於光電二極豔的導 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0'〆297公釐） J.--.---裝------訂------r--旅 (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 406427 A7 __B7_ 五、發明説明（多） 線之間。平常是将四铕垂直傳送電棰6-9依光電二棰體4 的單位形成以跨越垂直CCD 5。垂直傳送電極8也作為 傳送镫極將信號霣荷從光®二棰醱4讀取而送至垂直 CCD 5。參照第13圖，絶緣膜（未圖示）是形成半導體基 Η 12與垂直傳送霣極6-9之間且位於垂直傳送電極之中 。分別將四-相位驅動脈波於VI,於V2,彡V3· 0V4加 到垂直傳送轚極6，7，8和9上。 接箸將會説明屬全-像素讀出型式之上述固態影像感 測裝置之垂直CCDS 5的驅動方法。 第14A-14D團顯示的是在讀取的時刻以及緊接在讀取 之後的垂直傳送時段期間施加到垂直傳送電極6-9上之 驅動脈波的波形。第15A-15G圈顯示的是第14A-14D圖 中時刻t0-t5上代表信號電荷之儲存和傳送狀態的罨位 。驅動脈波的電壓變得愈高，其電位也會變得愈高。 於第15A-15G圖中，電位是朝圖的較低锢變高。換句話 説，與霣子相鼷的霣位會朝圖的較高斛而昇高。 第15B_所示，是於時刻t0將具高位準VH的驅動脈波 多V3施加到也作為用於從光電二棰體4讀取以送至垂 直CCD 5之信號電荷30的傳送電棰（第14C圖）的垂直傳送 罨極8上。在此一時刻，驅動脈波炎VI和决V4是處於低 位準VL(第14A圖和第14D圖），而驅動脈波4 V2是處於中 間位準 VH(VL<VH<VH>(第 14B圏）。 在時刻tl,是將施加到垂直傳送電榷8上的驅動脈波 炎V3設定於中間位準VM上（第14C画），故如第15C圖所示 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 • HI n —1 . Λ----- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（4 ) 只將信號霣荷儲存在分別對應到驅動脈波Φ从2和0 V3之 垂直傳送電ffi7和8的較低部分。 在時刻t2,是將施加到垂直傳送電極9上的驅動脈波 φ V4設定於中間位準VM上（第14D圜），故如第15D漏所示 只將信號電荷鍺存在分別對應到驅動脈波參V2、 ^V3、 和决V4之垂直傳送電極7, 8和9的較低部分。 在時刻t3,是將施加到垂直傳送電極7上的驅動脈波 炎V2設定於低位準VL上（第14B圏），故如第15E圃所示只 将信號電荷儲存在分別對匾驅動脈波决V 3和於V4之垂直 傳送轚極8和9的較低部分。 在時刻t4,是將施加到垂直傳送電搔6上的驅動脈波 多VI設定於中間位準VM上（第14A圖），故如第15F圖所示 只將信號電荷儲存在分別對應到驅動脈波參V3、炎V4和 炎VI之垂直傳送霣極8, 9和6的較低部分。 在時刻t5,是将加到垂直傳送霉極8上的駆動脈波 炎V3設定於低位準VL上（第14C圏），故如第15G圏所示只 将信號霣荷鍺存在分別對應到驅動脈波炎V 4和參VI之垂 直傳送電棰9和6的較低之部分。 如第15A-15G圖所示，藉由依序施加驅動脈波將倍號 電荷30傳送到圖的左邊。這樣的驅動脈波施加方法是稱 雙重計時法。因為這種方法的待擞性質，故结是在舆傳送 期間之狀態無蘭下將兩值或是更多齒窜棰設定於中間位 準VM上。 將要由垂直CCD 5傳送的最大霣荷量是受限於其狀態 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - t ^^——1— ^^1 —Li ^^1 11 ^^1 ^^1 n (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--1 .-旅 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（I ) ，其中在時刻tl, t3及t5時施加於兩健沿垂直傳送方向 相鄱的垂直傳送電極上的驅動脈波是落在中間位準VM 上，而施加於剩餘垂直傳送電極上的驅動脈波則是落在 低位準VL上。也就是説，垂直CCD 5的最大傳送電荷量 是由將要儲存於兩餡沿垂直傅送方向相鄰的垂直傳送霣 極上之電椅量所決定的。 以下將檢测從光霣二極臁4到垂直CCD 5黷取得之倍敢 霣荷。對酋存於光霣二棰龌4内之信號電荷的讀取是藉 由将具有高位準VH的驅動脈波施加到也作為傳送電極的 垂直傳送霣極8上。完全讀取所海的謓取霣壓是取決於 傳送鬮極匾域10的讀取通道宽度V。更明確地說，當讀取 通道寬度W為大時，讀取是由低施加電壓所完成。 另一方面當讀取通道寬度W為小時，其通道電位會因 為窄通道效鼴（亦邸其睡限罨壓變高）而變低。因此，除 非將更高的電壓施加到作為傳送電極的垂直傳送電極8 上，否刖無法實施完全讀取。 如第11園所示，為每一傾光電二搔體4形成四宿垂直 傳送鬣極6-9。此例中，将垂直傳送電極作均等地分割 使得所有垂直傳送霣極6-9在傳送方向都具有均等的電 極長度（第1 3圜中L 1 = L 2 = L 3 = L 4),且其II極長度大約 是像素尺寸的1/4。例如，當像素尺寸為6.7平方撤米 而電極間距為0.2撤米時，毎一館電極長度LI, L2, L3 和L4都是1.475檝米。因此，傳送閛極匾域10内的黷取 通道寬度W(=垂直傳送電極8的電極長度L3>是1.475撖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -----J——I----裝------訂--r--.--Λ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7406427 b7_五、發明説明（t ) 米或更小。 第16圔顯示的是讀取完成電壓取決於讀取通道寬度V 的模擬结果。從第16圈可以很清楚地看出.當傳送閘極 匾域10内的讀取通道寬度W為1.47 5撖米時，其讀取完成 霣壓會高逹15. 5伏特。將製程變化列入考量時，必須將 讀取脈波設定在17.5伏特或更高的電壓上而造成很難降 低相機霉壓的困難。 為了避免在讀取完成霣壓内産生這樣的增加，可以使 用下列的方法。第17麵顯示的是已增加其傳送闊搔匾域 10内的讀取通道寛度V之CCD固態影像感澜裝置的光電 二棰體4和垂直CCD 5。第17圓只顯示出沿水平和垂直 方向的3X 2傾像素。 因為第17圖中固態影像感潮裝置的待徹性質，也用作 傅送電極的垂直傳送電極8在垂直傳送方向上的電搔長 度會大於其餘垂直傅送電棰的電極長度，有了這樣的配 置，可以使傳送閘棰區域10内的讀取通道寛度V更大且 可以預期其讀取霣壓會減少。 第18A-18G圓顯示的是具有如第17圖所示電極結構之固態 影像感_裝置中代表信號電荷之鍺存和傳送狀態的霣位 。驅動垂直CCD 5的方法是與具有如第11_所示電棰結 構之固態影像感拥装置中的驅動方法相同，故將會省略 其詳細說明。 於這種固態影像感测裝置中，除了傳送電極8之外的 三植垂直傳送電極6, 7和9的霄極長度在垂直傳送方向 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 . i-->1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 406427 a? B7 五、發明説明（7 ) 上是小於傳送霣極8的電極長度。因為這值理由，在時 刻15將電荷儲存於具有較小電楠長度之兩值垂直傳送罨 極6和9的較低部分上。由於垂直CCD 5的最大傳送霣 荷量是受到這箱電荷儲存狀態的限制•故其動態範圍會 變得比具有如第11圃所示電極結構之固態影像感潮裝置 的動態範圍更窄。 如上所述，於習知固態影像感測裝置内幾乎無法減低 其霣S。另外，於已增加其傳送闕極匿域内之讀取通道 寬度以實現低轚應的固態影像感測裝置内其動態範圍會 -一、--- f窄0
發J銷I 本發明的目的是提供一種固態影像感測裝置而能在不 減小其動態範圔（最大傳送電荷量）下實現低電壓•以及 驅動該固態影像感测裝置之方法。 為了達成上述目的，而根據本發明所提供一種固態影 •f 像感拥I裝置包括：依二維陣列形式配置於半導體基片上 之矩陣内的光電轉換元件，配置成輿每一傾光電轉換元 件相鄰以便讀取儲存於光電轉換元件内之信號電荷的傳 送閘極部分，配置成與傳送閘極部分接近以便將自光電 轉換元件讀取到的信號電荷沿垂直方向傳送垂直CCD,用 於傳送從垂直CCD沿水平方向傳送來之信號電荷的水平 CCD,用於偵測從水平CCD傳送來之佶號電荷並輸出此信 號的電荷偵测部分，以及在垂直CCD上沿倍號電荷的垂 直傳送方向依互為接近方式而形成的四艟垂直傳送電棰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) -裝· 訂--- · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 40642¾7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（f ) ，這些垂直傳送電極包含沿倍號電荷的垂直傳送方向互 為接近的第一和第二傳送電棰，且第一垂直傳送電掻具 有比第二垂直傳送電槿還大的長度且作為用於控制傳送 蘭極部分之傳送電極。 圖式之簡單說明 第1圖、顯示的是如第19圖所示光電二極體和垂直CCD 之簡略配置的正面圖示。 第2圖、潁示的是如第1圖所示光電二搔體和垂直CCD 的放大正面圖示。 第3圖、是沿第2圖中A-A線段而取的截面圖示。 第4圖、是沿第2圖中B-B線段而取的截面圖示。 第5圖、像用以顯示電位勢昼隨垂直傳送電極的電掻 長度而改變之模擬結果的曲線鼷。 第6A-6C圖、像用以顯示電位以便解釋減低對如第1 圖所示CCD固態影像感測装置中較短垂直傳送電極之限 制的匾示。 第7圖、係用以顯示根據本發明第2實施例CCD固態 影像感測裝置之簡略配置的正面圖示。 第8A-8D圖、偽用以顯示於第7圖中CCD固態影像感測 裝置内在讀取時刻及緊接箸讀取之後的垂直傳送時段期 間施加到垂直傳送電極上之驅動脈波波形的流程圖。 第9A-9G圖、顯示的是在第8A-8D圖中傾別時刻點上代 表信號電荷之儲存和傳送狀態電位的圖示。 第10圖、顯示的是一種習知的全-像素讀出-型式隔行 -10- -------------罠------訂---„----味 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4%格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 R7 406427- 五、發明説明（9 ) CCD固態影像感測裝置。 第11圖、顯示的是如第10圖所示光電二捶體和垂直CCD 之簡略配置的正面圖示。 第12圖、顯示的是如第11圓所示光電二極體和垂直CCD 的放大正而匾示。 第13匾、是沿第12圖中C-C線段而取的截面圖示。 第14A-14D圖、傺用以顯示於第1圔和第10圖中CCD固 態影像感測裝置内讀取時刻及緊接箸讀取之後的垂直傳 送時刻期間施加到垂直傳送電極上之驅動脈波波形的時 程圔。 第15A-15G圖、顯示的是在第14A-14D圖中傾別時刻點上 代表倍號電荷之儲存和傳送狀態電位的圔示。 第16圖、顯示的是讀取完成電壓取決於讀取通道寬度 W的模擬結果。 第17圖、傜用以顯示具有被增加其傳送閘極區域内讀 取通道寬度之固態影像感測裝置的光電二極體和垂直CCD 之簡略配置的正面圖示。 第18A-18G圈、偽用以顯示於第17圖中之固態影像感測 裝置中代表倍號電荷之儲存和傳送狀態之電位的圖示。 第19圖、傜用以顯示根據本發明第1實施例中CCD固態 影像感测裝置的正面圖示。 發明的詳細説明 以下將參照所附圖示詳細說明本發明。 较佯奮旃例的說明 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —J . n ^ J— n ΓI I 旅 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 406427 B7 五、發明説明（i。） 〔第1實施例〕 第19圖顯示的是根據本發明第1實施例中CCD固態影 像感測裝置。這侮實施例的影像感测裝置主要是分割成 影像感測部分101、水平CCD 102、及輸出部分（電荷偵 測部分）103。於影像感测部分101内，用於儲存經光電 轉換之信號電荷的多铕光電二極體104是於矩陣内作二 維陣列的配置。用於沿垂直方向傳送倍號電荷的垂直CCD 10 5是配置於光電二極體的導線之間。用於從毎一個光 電二極體104讀取信號電荷而傳至相應的垂直CCD 105之 傳送閘極區域110是形成於光電二極體104與垂fiCCD 105 之間。於影像感測部分101内，除光電二掻體104、垂直 CCD 105、及傳送閘極區域110之外的區域是一値元件隔 離區域111。 以下將會說明具有上述配置之固態影像感測裝置的作 業。將在預定時段由光電二極體10 4作光電轉換之信號 電荷透過傳送閛極區域110而讀取傳至垂直CCD 105。將 讀取到垂直CCD 105上的信號電荷依水平導線的單位傳送 到水平CCD 102。将傳送到水平CCD 102的信號電菏傳送 到輸出部分1 0 3而加以偵測。 第1圖顯示的是第19圖中固態影像感測裝置的光電二 極體104和垂直CCD 105。第1圔只顯示出沿水平和垂直 方向的3X2個像素。第2圖顯示的是第1圖中結構之 放大的詳細圖示。第3圖顯示的是第2圖中沿A-A線段 所取的區段。第4圖顯示的是第2圖中沿B-B線段所取 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ L: - I—-I I n I I I — J. I,— —^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 406427 五、發明説明（〇 ) __ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 的區段。於第2圖中，並未標示出絶緣膜和遮光膜（稍 後將會説明這兩種膜）。於第3圖中，並未檫示出位於 η-型半導體基H U2與垂直傳送電極106-109之間且落在 各垂直傳送電極之中的絶緣膜（稍後將會加以說明）》 於本實施例的固態影像感測裝置中，如第4圖所示是 將Ρ型位阱113形成於η-型半導體基Η 112上。依二維陣 列形式配置於矩陣内的光電二搔體（光電轉換元件）104 是由η-型半導體構成的且是形成於Ρ-型位阱113上。 η_型半導體構成的垂直CCD 105是形成於光電二棰體 的導線之間》元件隔離匾域111是由P+ -型半導體形成 的。半導體基Η 112上P-型位阱113未形成有元件隔離區 域111的某些部分會對應到傅送閘棰匾域11〇。將由多晶 矽構成的垂直傳送電極1〇6， 1 0 7, 1 0 8和109形成於這餡 結構上β 如第2圖所示，平常是將四個垂直傳送電極106-109依 光電二極體104的單位形成以跨越垂直CCD 105。垂直傳 送霉極108也作為將信號電荷從光電二極體1〇4讀取至垂 直CCD 105之傳送電棰。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第3圖所示，將由多晶矽構成的垂直傳送電極1〇6 經由絶緣膜（第4圖中的絶緣膜114)而形成於半導體基 Η 112上。有一層絶緣膜（未圖示）是形成於垂直傳送電 極106上，而由多晶矽構成的垂直傳送電極107和10 9是 形成於此絶緣膜上以便局部地覆蓋住垂直傳送電極1〇6 。有一層絶緣膜（未圖示）是形成於垂直傳送電極107和 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 406427 at B7 五、發明説明（p) 109上，而由多晶矽構成的垂直傳送霄極108是形成於此 绝線膜上以便局部地覆蓋住垂直傳送霣極106，107和109。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 如第4圖所示，在形成了覆蓋此结構表面的絶緣膜之 後•形成遮光膜115以覆蓋除光電二極體1〇4之外的部分 。參照第3圓，分別透過例如鋁交接點將具有不同相位 的四-相位驅動脈波彡VI·彡V2,必V3和多V4施加到垂直 傳送電極106, 1 07，108和109上，以致此結構呈現全-像 素讀出-型式固態髟像感拥裝置的功能。 因為本實施例中CCD固態影像感澜裝置的待徽性質，沿 垂直傳送方向（第1圖和第2 _中的垂直方向）為相鄰的 任意兩值垂直傳送窜極之電S長度總和在有效影像感制 匾域（第19圖中的影像感拥部分1〇1)内的任何部分都是 相等的。另外，兩傾垂直傳送電極具有不同的霄極長度 ,且各垂直傳送電極可替代地會有相同的電極長度。此 外，也扮演傳送電極角色之垂直傳送電極108的電棰長 度L3是大於沿垂直傳送方向為接近的兩饉垂直傳送電極 107和109之電極長度L2和L4。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 也就是說，重複地形成垂直傳送電極1〇7和109使得電 極長度依序為大，小，大，小，...。垂直傳送霄極107 和109的電棰長度是指在垂直傳送方向上的電棰長度。 在垂直傳送方向上的電極長度意指電極上經由絶緣膜（ 未圖示於第3圜中）而與半導體基片Π2相對部分的長度 。有了上述的電極結構，可以令垂直傳送電極108的電 極長度L3為大約1.8撤米。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 406427 A7 B7 五、發明説明（〇 ) 從第16圖的模擬結果可以很清楚看出，當傳送閘極區 域no内的讀取通道寬度w (二垂直傳送電極108之電極 長度L3)為1.8撤米時，其讀取完成電壓大約是13伏恃。 即使將製程變化列入考量時，也能以至少15伏待的電壓 完成光電二極體104的讀取。 如上所述，根據本實施例可以令其讀取完成電壓（驅動 脈波的高位準VH)是低於第11圖中習知固態影像感測裝置 的讀取完成電壓。由於一般視訊相機之類使用的是15伏 待的罨源供應器，讀取完成轚壓的減小是很有利的條件。 驅動本實施例中固態影像感測裝置之垂直CCD 105的 方法與驅動第11圖中習知設計的方法是相同的。這将會 參照第14A-14D圖和第15A-15G圖加以說明。在時刻t0, 如第15B團所示将具高位準VH的驅動脈波炎V3施加到也 作為傳送霣極（第14圖）的垂直傳送電極108上以從光電 二極體104採信號電荷30黷取而傳至垂直CCD 105的信號 電荷30。在此一時刻，願動脈波於VI和彡V4是處於低位 準VL(第14A圖和第14D圖），而驅動脈波多V2是處於中間 位準 VM(VL<VM<VH)(第 14B圖）。 在時刻tl,是將施加到垂直傳送電極108上的_動脈 波彡V3設定於中間位準VM上（第14C圖），故如第15C圖所 示只将信號電荷儲存在分別對應到驅動脈波4 V2和$ V3 之垂直傳送電極107和108的較低部分。在時_t2，是將 施加到垂直傳送電極109上的驅動脈波必V4設定於中間 位準VM上（第14D圖），故如第15D圖所示只將信號電荷儲 -15" 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -装- 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 406427 五、發明説明（4) 存在分別對應到驅動脈波於V2、决V3和炎V4之垂直傳送 電棰107，108和109的較低部分。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在時刻t3,是将施加到垂直傳送電極107上的驅動脈 波彡V2設定於低位準VL上（第14B圖），故如第15E圖所示 只将信號電荷儲存在分別對應到驅動脈波必V 3和Φ V 4之 垂直傳送II極108和109的較低部分。在時刻t4,是將施 加到垂直傳送霣搔106上的驅動脈波0 VI設定於中間位準 VM上（第14ΑΒΠ,故如第15F籲所示只將信號電荷鍺存在 分別對應到匾動脈波决V3、炎V4和决VI之垂直傳送電極 108 , 109和106的較低部分。 在時刻t5,是將加到垂直傳送電極108上的驅動脈波 參V3設定於低位準VL上（第14C圖），故如第15G圖所示只 將信號霄赭餘存在分別對應到驅動脈波炎V 4和φ VI之垂 直傳送電極109和106的較低部分。如第15A圃所示，藉由 依序施加驅動脈波將倍號電荷沿電荷傳送方向（垂直方 向）傳送。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本實施例之固態影像感溯裝置中，增加了也作為傳 送電極之垂直傳送電極108的電榴長度L3,且S外可替代 地令垂直傳送電極106-109的電極長度是相等的。 如上所述，垂直CCD 105的最大傳送電荷量是由兩互 相接近的電極中所儲存的電荷量所決定的。需注意的事 實是由於將垂直傳送電搔106至109的電極長度重複地設 定為大，小，大，小____故沿垂直傳送方向接近的兩艏 任意垂直傳送霣極的電極長度總是相等的。由於所能鍺 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） __4064^--- 五、發明说明（tr ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 存的電荷量是與第11豳中習知設計的電荷量相等•其中 四桓垂直傳送電棰6至9全部具有相同的電極長度，而 可以確保一足夠之動態範圍。 苌使位作為傳送雷棰之垂直傳送電極1〇8的電極長度L3 太大，則靠近垂直傳送電極108之垂直傳送電極107和 109之電樺長度L2及L4會因此而變得極度地小。将要考 廉減少對雷棰長度的限制。 將施加有低位準VL願動脈波的垂直傳送雷極較低部分 上的通道鼋位輿施加有中間位準VL»動脈波的垂直傳送 電槿上的通道霣位之間的差異定義成一傾電位勢壘。將 施加有低位準VL2 _動脈波的電極長度以L為代表。 第5圖顯示的是電位勢壘随電棰長度L而改變之模擬 結果。當施加有低位準VL之驅動脈波的電棰長度L變小， 且通道長度也變小時，則電位勢δ會因為短通道效應而 逐漸地變小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第6 A-6C圖解釋了減少對本實施例固態影像感測裝置 中垂直傳送電極的限制。第6Β圓和第6C圖顯示的是第14Α -14D圃及第15A-15G圖中在時刻t3和t4上的電荷儲存狀 態。将沿垂直傳送方向接近的兩傾垂直傳送電極之電極 長度结和表為L5,各垂直傳送電極中較小的電搔長度表 為（L2, L4=L6),且分別将時刻t3和t4上的電位勢壘表 為H1和H2。於第6A-6C團中，電位是朝圖的較低側變高。 換句話説，與電棰相關的電位會朝圖的較高倒而昇高。 建議使最大傳送電荷量大致正比於霣位勢壘的高度及 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 406427 B7 五、發明説明（4) 可儲存的通道長度之乘積（此例中，是指施加有中間位 準VM驅動脈波之建缠電極長度的總和）。令k為比例常 數，在時刻t3的最大傳送電荷量Q1為kXHlxL5,而在 時刻t4的最大傳送電荷量Q2為kxH2x (2L5-L6)。 建議使最大傳送電荷量大致正比於電位勢壘的高度及 可儲存的通道長度之乘稹（此例中，是指施加有中間位 準VM驅動脈波之連澳電極長度的總和）。令k為比例常 數，在時刻t3的最大傳送電荷量Q1為kxHlxL5,而在 時刻t4的日漸睡大傳送電荷量Q2為kxH2x (2L5-L6)。 於本實施例的固態影像感測裝置中，由於沿垂直傳送 方向接近的兩個垂直傳送電搔的電極長度總和總是相等 的，故施加有低位準VL驅動脈波之垂直傳送電極的電極 長度總和為L5。即使當兩傾電極亦即長和短電極的長度 比例改變時這艏數值也不會改變。從第5圖可以很清楚 看出，電位勢壘H1總是具有預定的數值。因此，最大傳 送電荷量Q1也總是具有預定的數值。 於第6C園在時刻t4上的3 -電極儲存狀態中，最大傳送 電荷量Q2會随電棰長度L6而改變。從第5圖可以很清楚 看出，當電極長度L6變小時，電位勢壘H2會減小。待別 是，當電極長度L6更小時，電位勢壘H2會突然減小。 當電極長度L6變小時，可儲存的通道長度（2L5-L6)會增 加。若電位勢壘H2的減小速率高於其增加速率，則最大 傳送電荷量Q2便會減小。因此，為了確保有充足的最大 傳送電荷量，必須設定電極長度L2以滿足Q1SQ2。 -1 8 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Γ_. 1., 裝 訂--Ϊ------旅一----- (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 406427 ay B7五、發明説明（7) 習知地，當垂直傳送電極之電極長度太大時，可能減 弱沿傳送方向的條紋場以降低其傳送效率。因為這傾理 由，無法自由放大其電極長度。不過近年來，已顯箸地 減小了像素尺寸，所以只要每一傾電極的電極長度是大 約2撤米或更小，則其條紋場便不致減弱。而幾十仟赫 的傳送頻率便不致造成任何問題。 [第2實施例〕 第7圓顯示的是根據本發明第2實施例中CCD型式的 固態影像感測裝置。第7圖只顯示出沿水平和垂直方向 的3X2侮像素。此像素結構大致是與第1實施例的像素 結構相同。 更明確地說，含有多晶矽構成之垂直傳送電棰206, 207, 208和209的垂直CCD 205是配置於光電二極體的導 線之間，如同第1實施例的情形。 平常是將四傾垂直傳送電極206-209依光電二極體204 的單位形成以跨越垂fiCCD 205。垂直傳送電極208也作 為傳送電捶。垂直傳送電極206-209的區段結構是與第3 圖和第4画中第1實施例之影像感測裝置的區段結構相 同的。 因為本實施例中固態影像感測裝置的待擞性質，也用 作傳送電極的垂直傳送電極20 8會有最大的電極長度， 而不是直接與垂直傳送電棰20 8相鄰的垂直傳送電極2 06 刖會有第二大的電極長度。有了這漾的配置，較之第1 V- . 實施例之固態影像感測裝置可以使傳送電棰208的電極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 4°
A 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 406427 b7 五、發明説明（d) 長度大到2. 0辑米或更大。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 從第16圖的棋擬結果可以很淸楚地看出，當傳送閘極 區域210内的黷取通過寬度《(=垂直傳送電極208的電極 長度,）是2.0撤米時，其謓取完成電壓是大約12伏待。即 使將製程變化列入考量時，也能以至少14伏待的電壓完 成光電二極體204的讀取。根據本實施例，而與第1實 施例相較，可以獲得一較大之讀取電壓降低效應。 如同第1實施例中所述，當也作為傳送電極之垂直傳 送電搔208的電極長度太大時，其餘垂直傳送霉極的電 極長度可能會因此而變得過小。這可能會滅少傳送電荷 置。 本實施例中，將施加於除也作為傳送電極之垂直傳送 雷極208以外的垂直傳送電極206, 207和209上之驅動脈 波沴VI、 <^V2和彡V4的中間位準VM1設定成高於施加於 也作為傳送電極之垂直傳送電極208上之驅動脈波4 V 3; 之中間位準VM2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由於垂直傳送電極208作為控制傳送閘極匾域210臨限 值之傳送電槿，因此除非於讅取中施加高位準VH苔則無 法使其中間位準VM2具有預定值或更大。這是因為柊中間 位準VM2增加到預定值或更大時，會在發生信號箄较傳送 時開始從光電二掻體204讀取電荷至垂fiCCD 205。 另一方面，施加於除傳送電極208以外的垂直傳送電極 206, 207和209上之驅動脈波4 VI、 4 V2和4 V4中間位準 VM1的數值會在不發生任何間題下增加到某種程度。這是 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 406427 A7 __B7 五、發明説明（*?) 因為毎一傾垂直傳送霣極2 0 6 , 2 0 7和2 0 9的左邊和右邊 部分都受到元件隔離區域的圍撓如同第1實施例中的情 形，所以即使當電壓增加到某種程度時也無法從光電二 掻體204讀取電荷至垂直CCD 205。 也就是說，可以将施加於垂直傳送電極206, 207和209 上的中間位準VM1增加到大致等於元件隔離匾域的篇限 倌。這鹤中間位準VM1是明顯地高過施加於垂直傅送電 檁208上的中間位準VM2。 第8 A-8D顯顯示的是根據上述電壓設定在讀取時刻及 緊接箸讀取之後的垂直傳送時段期間施到垂直傳送電捶 206和209上之驅動脈波的波形。第9A-9G國顯示的是在 第8A-8D圖中在時刻t0-t5上代表倍號電荷之儲存和傳送 狀態的電位。 如第8C釀所示，當施加於也作為傳送電極之垂直傅送 電極208上之驅動脲波决¥3的中間位準為VM2,而施加於 除垂直傳送電搔208以外的垂直傳送電極206 , 207和209 上之驅動脈波0V1、 0V2*^V4中間位準為VM1時，VM1 >VM2會成立。 對本實施之固態影像感測裝置中較短垂直傳送電極 之限制的減少是與第1實施例中的情形相同。本實施例 與第1實施例的差異如下。當在第9F圖中的時刻t4上儲 存於施加有低位準VL且其電位勢壘已因短通道效應而變 小的三傾電極之較低部分的電荷量，是大過在第9C圖、 第9E圖、或第9G画中的時刻tl, t3或t5上鍺存於兩侮垂 -2卜 本紙張/度適用中國國家橾隼（CNS > A4規格（210x 297公釐> -------r---裝-------訂---------良 -----— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 406427 b7 五、發明説明（w) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 盲傳送電極之較低部分的電Μ量時（Q1SQ2),不像第1 實施例的情形是其最大傳送電荷量並不會減少，故能確 保有足夠的最大傳送電荷量。 根據本發明，作為傳送電極而用於控制傳送閘極部分 的垂直傳送電極在垂直傳送方向上的長度是大於兩傾接/ 近之垂直傳送電極的長度，故能增加其傳送閘極部分的 讀^通道寬度。因此，能夠降低讀取從光電轉換元件到 垂直CCD之倍號電荷時的讀取完成電壓，而能實現以低 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 極垂部， 送缠荷部大 閘度。像號 電沿低少 傳相電低最 送長度影信 送於較減 直向大較少 傳大寬態取 傳存的量 垂方最的減 制最道固讀 直儲搔荷 短送的搔不 控有通的之 垂荷電電 較傳内電在 於的取項件 各電送送 中直阱送以 用上讀 1 元 使的傳傳 極垂位傳可 而向的第換 地量直大 電沿電直則 。極方分圍轉 代定垂最 送於之垂 ，壓電送部範電 替預値止 傳存上值時電送傳極利光 可將兩防 直儲分兩量成傳直閛專自 當以意以 C垂能部於荷完為垂送諳來 , 可任可圍的得低存電取作在傳申低 外-的，範近使較儲大讀中極其之降 另時近由態接成之能最其棰電加較步 。等接理動為定棰過的低電送增則 一 機相為傾的互設電大内降送傳步，進 相都互這廣個，送或阱下傳直一由以 的度向為寬兩度傳於位量直垂進理可 動長方因 了意長直等電荷垂的以個置 驅掻送。保任的垂成之電各分可這裝 壓電傳内確將極個變上送當部，為測 電的直分而 電三量分傳 極時因感 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 406427 $ 五、發明説明（w) 雷荷内的讀取完成電壓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 即使當作為傳送電極的垂直傳送電極在垂直傳送方向 上的最大長度時，也可以防止最大傳送電荷量減少，而 確保了寬廣的動態範圍。其理由如下。當不與作為傳送 電極的垂直傳送電極接近的垂直傳送電搔具有第二大的 長度，且將施加於除作為傳送電極的垂直傳送電極以外 的電棰上的中間位準電壓設定成高過施加於除作為傳送 電極的垂直傳送電極上的中間位準電壓時，不像申請專 利範醑第〗項之固態影像感拥I裝置的是這不會減少其傳 送電荷量。 參考符號說明 I, 101,201......影像感测部分 2, 1 02,202 ......水平電荷網合裝置 3.1 03,203 ......電荷偵測部分 4.1 04,204......光電二極體 5.1 05.205 ......垂直電荷網合裝置 6-9,106-109,206,209-垂直傳送電極 10,110,210......傳送閛捶區域 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 II, 111,211......元件隔離區域 12,112,212......半導體基片 30.......信號電荷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）