專(zhuān)利名稱(chēng)：4t-4s步進(jìn)和重復(fù)單位像素和包括該單位像素的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器的單位像素，更具體地，涉及通過(guò)將四個(gè)單 位像素合并成 單個(gè)單位像素得到的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素和具有該單位像素的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是通過(guò)將多個(gè)單位像素布置在二維的陣列結(jié)構(gòu)中得到的。在圖像傳感 器的設(shè)計(jì)階段在水平和豎直方向上重復(fù)地布置單位像素的過(guò)程稱(chēng)作步進(jìn)和重復(fù)過(guò)程。在這 個(gè)過(guò)程中，水平單位線是通過(guò)在水平方向上重復(fù)地布置單個(gè)類(lèi)型的單位像素形成的，而豎 直單位線是通過(guò)在豎直方向上重復(fù)地布置單位像素而從水平單位線的每個(gè)單位像素延伸 的，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)圖像傳感器?？梢匀缦露x將在本發(fā)明中提到的4T單位像素、4T-2S單位像素和4T-4S單位像
ο4T單位像素包括單個(gè)光電二極管和圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，該圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路具有 用于處理從光電二極管檢測(cè)到的圖像信號(hào)的四個(gè)晶體管(即，4T)。4T-2S單位像素是通過(guò)共享用于圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的晶體管(即，2S)通過(guò)將兩個(gè) 4T單位像素合并進(jìn)單個(gè)單位像素得到的圖像傳感器單元。4T-4S單位像素是通過(guò)共享用于圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的晶體管(即，4S)通過(guò)將四個(gè) 4T單位像素合并進(jìn)單個(gè)單位像素得到的圖像傳感器單元。圖1示出生成傳統(tǒng)的4T-2S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的過(guò)程。參見(jiàn)圖1，在右側(cè)示出的4T-2S步進(jìn)和重復(fù)單位像素100是通過(guò)合并在左側(cè)示出的 兩個(gè)4T單位像素10和20得到的。第一單位像素10包括單個(gè)光電二極管PDl和圖像信號(hào) 轉(zhuǎn)換電路，該圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路具有用于將從光電二極管PDl產(chǎn)生的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)的四個(gè)晶體管M11、M12、M13和M14。第二單位像素20具有與第一單位像素10類(lèi)似的結(jié) 構(gòu)，但是它們的組件由不同的符號(hào)表示，以便將它們彼此區(qū)分。在4T-2S步進(jìn)和重復(fù)單位像素100中，復(fù)位晶體管M12或M22、轉(zhuǎn)換晶體管M13或 M23、選擇晶體管M14或M24在兩個(gè)4T單位像素10和20之間共享，兩個(gè)4T單位像素10和 20中的每個(gè)均具有四個(gè)晶體管。因此，如果兩個(gè)4T單位像素共享復(fù)位晶體管、轉(zhuǎn)換晶體管 和選擇晶體管，那么需要的復(fù)位晶體管、轉(zhuǎn)換晶體管和選擇晶體管的數(shù)量可以降低到三個(gè)， 而如果兩個(gè)4T單位像素是如在圖1中所示分開(kāi)布置的，那么需要六個(gè)晶體管。使用共同共 享的兩個(gè)傳輸晶體管Mll和M21和三個(gè)晶體管MC2、MC3和MC4，4T-2S步進(jìn)和重復(fù)單位像素 100輸出對(duì)應(yīng)于在兩個(gè)光電二極管PDl和PD2中產(chǎn)生的圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)換電壓。在啟用施加給傳輸晶體管Mll和M21的柵極的傳輸控制信號(hào)Txl或Tx2的任何一 個(gè)之前，在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)啟用施加給復(fù)位晶體管MC2的柵極的復(fù)位信號(hào)Rxl2。為此原因命名 了在“Rxl2”中的標(biāo)號(hào)“12”。類(lèi)似地，為了相同的原因命名了施加給選擇晶體管MC4的柵極 的選擇信號(hào)Sxl2的標(biāo)號(hào)“12”。
如上所述，因?yàn)閱蝹€(gè)共同的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路是由兩個(gè)單位像素共享的，所以使用在4T-2S步進(jìn)和重復(fù)單位像素100中的兩個(gè)光電二極管和五個(gè)晶體管M11、M21、MC2、MC3 和MC4，將施加給兩個(gè)單位像素的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因此，每個(gè)像素需要的晶體管的 數(shù)量變成2.5。當(dāng)四個(gè)4T單位像素共同地共享單個(gè)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路時(shí)，每個(gè)像素需要的晶體 管的數(shù)量降低到1. 75。如果其它條件是相同的，與僅兩個(gè)4T單位像素共同共享單個(gè)圖像信 號(hào)轉(zhuǎn)換電路的上面情況比較，可以由光電二極管占用的面積增加。這將提高圖像傳感器的 開(kāi)口率。圖2是傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖。參見(jiàn)圖2，4T_4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200包括四個(gè)光電二極管PDO到PD3，用于 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射圖像信號(hào)的圖像電荷；四個(gè)傳輸晶體管M21到M24，用于轉(zhuǎn)換從四個(gè)光電二 極管產(chǎn)生的圖像電荷；和共同的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，具有用于將所檢測(cè)的圖像電荷轉(zhuǎn)換成 對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的三個(gè)晶體管M25、M26和M27。傳輸控制信號(hào)Tx01、Txll、Tx00和TxlO分別 施加到傳輸晶體管Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的柵極?？紤]在圖像傳感器中的一般的光電二極管陣列，4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200 是通過(guò)將兩個(gè)用來(lái)從圖像信號(hào)中檢測(cè)綠色組分的光電二極管合并成單個(gè)單元得到的，一個(gè) 光電二極管用來(lái)檢測(cè)藍(lán)色組分，而一個(gè)光電二極管用來(lái)檢測(cè)紅色組分。參見(jiàn)圖2，用來(lái)檢測(cè) 綠色組分的兩個(gè)光電二極管PDO和PD3是對(duì)角地布置的。用來(lái)檢測(cè)藍(lán)色組分的光電二極管 PDl和用來(lái)檢測(cè)紅色組分的光電二極管PD2也是對(duì)角地布置的。當(dāng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200時(shí)，光電二極管布置在與在圖2的電 路圖中示出的位置相同的位置上。因此，4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200具有通過(guò)合并四個(gè) 最鄰近的光電二極管得到的方形結(jié)構(gòu)。圖3是另一種傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖。參見(jiàn)圖3，4T_4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素300包括四個(gè)光電二極管PDO和PD3，用于 接收?qǐng)D像信號(hào)；四個(gè)傳輸晶體管M21、M22、M23和M24，用于轉(zhuǎn)換從光電二極管PDO到PD3產(chǎn) 生的圖像信號(hào)；和共同的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路125、1126、1127，用于將所檢測(cè)的圖像電荷轉(zhuǎn)換 成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。傳輸控制信號(hào)TX00、TX10、TX20和Τχ30分別施加給傳輸晶體管Μ21、Μ22、 Μ23 禾口 Μ24。當(dāng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素300時(shí)，將光電二極管布置在與圖3的電 路圖中示出的位置相同的位置上。因此，4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200具有通過(guò)將四個(gè) 豎直地布置到單個(gè)單元內(nèi)的光電二極管的合并而得到的結(jié)構(gòu)。4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素 300具有矩形結(jié)構(gòu)，并且將傳輸控制信號(hào)TxOO、TxlO, Τχ20和Τχ30分別施加到連接到四個(gè) 光電二極管的傳輸晶體管Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的柵極。將圖2和圖3的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200和300互相比較，圖2的4T-4S 步進(jìn)和重復(fù)單位像素200是通過(guò)合并在兩條水平線上布置的全體四個(gè)光電二極管形成的， 每條水平線具有兩個(gè)光電二極管，而圖3的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素300是通過(guò)沿著單 條豎直線串聯(lián)地布置的四個(gè)光電二極管形成的。由于這個(gè)原因，圖2的4T-4S步進(jìn)和重復(fù) 單位像素200需要將傳輸控制信號(hào)施加給兩條線0和1，而圖3的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像 素300需要將傳輸控制信號(hào)施加給4條線0、1、2和3。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題如上所述，因?yàn)橛脕?lái)檢測(cè)綠色組分的兩個(gè)光電二極管是對(duì)角地布置的，所以應(yīng)當(dāng) 如在圖2中所示，將兩個(gè)光電二極管中的一個(gè)布置在第一豎直線上，而應(yīng)當(dāng)將另一個(gè)光電 二極管布置在第二豎直線上。因此，在由Micro科技有限公司提出的圖2的所述4T-4S步 進(jìn)和重復(fù)單位像素200中，交替地啟用了用于檢測(cè)綠色組分的光電二極管和用于檢測(cè)紅色 或藍(lán)色組分的光電二極管。相應(yīng)地，在處理所述綠色組分中可能存在誤差，將該綠色組分被 認(rèn)為是最重要的顏色組分。通常地，當(dāng)某一單位像素失效時(shí)，可以向從其它相鄰的單位像素檢測(cè)到的圖像信 號(hào)應(yīng)用恢復(fù)算法，以便補(bǔ)償所述失效，仿佛失效的單位像素正常工作。另一方面，因?yàn)橛扇?星電子有限公司提出的圖3的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素300具有串聯(lián)地豎直連接的像素 的矩形結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)任一單位像素失效時(shí)，在沒(méi)有變化的情況下不能應(yīng)用傳統(tǒng)的恢復(fù)算法。 因此，考慮到前述的布局差異應(yīng)當(dāng)重新設(shè)計(jì)處理電路，并且所述圖像傳感器的大小也增加。技術(shù)方案
本發(fā)明提供4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，通過(guò)該4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，在處 理所述綠色組分期間幾乎不產(chǎn)生誤差，并且可以在沒(méi)有變化的情況下向失效的單位像素施 加傳統(tǒng)的恢復(fù)算法。此外，本發(fā)明提供了圖像傳感器，該圖像傳感器包括具有前述優(yōu)勢(shì)的多個(gè)4T-4S 步進(jìn)和重復(fù)單位像素。根據(jù)本發(fā)明的一方面，4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素包括對(duì)于四個(gè)光電二極管的擴(kuò) 散區(qū)圖案。第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案提供在從第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的右上對(duì)角方 向，并且通過(guò)擴(kuò)展將所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的右上角和所述第二光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案的左下角彼此連接。第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案提供在所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū) 圖案的上面。將第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案提供在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從 所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的左上對(duì)角的方向上。通過(guò)擴(kuò)展將所述第三光電二極管擴(kuò) 散區(qū)圖案的左上角和所述第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的右下角彼此連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素包括對(duì)于光電二極管的四個(gè) 擴(kuò)散區(qū)圖案。第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案提供在從第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的左上對(duì)角 的方向。第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案提供在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第 二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的右上對(duì)角方向。第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案提供在所述第二光 電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)的左上對(duì)角方向。通過(guò)擴(kuò)展將所述 第一和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的最鄰近的角彼此連接，并且通過(guò)擴(kuò)展將所述第三和第 四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的最鄰近的角彼此連接。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了圖像傳感器，所述圖像傳感器包括在水平的和豎 直的方向上布置的多個(gè)4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，該單位像素中的每一個(gè)均具有第一 光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案；第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在從所述第一光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案在對(duì)角線的方向上；第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第二光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案上面；和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案在對(duì)角線的方向上，其中，在所述4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單 位像素中的一個(gè)中，將綠色濾色鏡提供在所述第一和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，將 紅色濾色鏡提供在所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，并且將藍(lán)色濾色鏡提供所述第四 光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，和其中，在另一個(gè)相鄰的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素中，將紅 色濾色鏡提供在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，將藍(lán)色濾色鏡提供在所述第二光電 二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，并且將綠色濾色鏡提供在所述第三和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案 之上。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了圖像傳感器，所述圖像傳感器包括在水平和豎直 方向上布置的多個(gè)4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，所述單位像素中的每一個(gè)均具有第一光 電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案；從所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案在對(duì)角的方向上提供的第二光電 二極管擴(kuò)散區(qū)圖案；在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū) 圖案在對(duì)角的方向上提供的第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案；和在所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū) 圖案上面從所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案在對(duì)角的方向上提供的第四光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案，其中，在所述4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素其中之一中，將綠色濾色鏡提供在所述第 一、第二、第三和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，并且其中，在另一個(gè)相鄰的4T-4S步進(jìn) 和重復(fù)單位像素中，將藍(lán)色濾色鏡提供在所述第一和第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，而 將紅色濾色鏡提供在所述第二和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上。有益效果根據(jù)本發(fā)明的所述4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素是通過(guò)將四個(gè)4T單位像素合并到 單個(gè)單位像素中并且允許四個(gè)單位像素共享共同的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路得到的。因此，使每 個(gè)像素需要的晶體管的數(shù)量降低到1. 75。假設(shè)其它條件是相同的，則與僅兩個(gè)4T單位像素 共同地共享單個(gè)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的情況比較，可以由所述光電二極管占有的面積增加。 這將提高所述圖像傳感器的所述開(kāi)口率。因?yàn)橛脕?lái)檢測(cè)來(lái)自圖像信號(hào)的僅綠色組分的四個(gè) 光電二極管是由單個(gè)共同的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理的，所以當(dāng)綠色組分是從不同的單位像 素檢測(cè)到的并且處理時(shí)，可能使可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)處理誤差最小化。此外，在沒(méi)有變化的情況 下可能向任一失效的單位像素應(yīng)用傳統(tǒng)的恢復(fù)算法，以允許處理失效的像素仿佛失效的單 位像素正常操作。


通過(guò)參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，本發(fā)明的上述和其它特征和 優(yōu)勢(shì)將變得更清楚，其中圖1示出生成傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的過(guò)程；圖2是傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖；圖3是傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的另一電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖；圖5是根據(jù)第一實(shí)施方式的圖4的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖；圖7是根據(jù)第二實(shí)施方式的圖6的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖9是根據(jù)第三實(shí)施方式的圖8的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖；圖11是根據(jù)第四實(shí)施方式的圖10的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖；圖12是4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖，在圖中，將接觸區(qū)和金屬線進(jìn)一步提供在活性擴(kuò)散區(qū)圖案和圖5的柵極層上；和圖13是4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖，在圖中，將接觸區(qū)和金屬線進(jìn)一步 提供在活性擴(kuò)散區(qū)圖案和圖7的柵極層上。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖。圖5是根據(jù)第一實(shí)施方式的圖4的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖。應(yīng)當(dāng)注意到，已經(jīng)考慮到圖4的光電二極管的位置關(guān)系繪出圖5的電路，并且從電 路理論的觀點(diǎn)看圖5的電路與圖2和圖3的電路沒(méi)有什么不同。還可以將這種概念應(yīng)用到 后面將描述的圖7、圖9和圖11中。參見(jiàn)圖4，在根據(jù)第一實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖案中，對(duì)于 四個(gè)光電二極管的擴(kuò)散區(qū)圖案PDl到PD4和對(duì)于圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的擴(kuò)散區(qū)圖案Dl到D3 是由實(shí)線限定的。將四個(gè)傳輸晶體管M21、M22、M23和M24提供在對(duì)于光電二極管的光電 二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl到PD4是彼此連接的部分中。在本發(fā)明中，參考符號(hào)G表示綠色，參 考符號(hào)R表示紅色，并且參考符號(hào)B表示藍(lán)色。這意味著具有在括號(hào)中的參考符號(hào)R、G或 B的光電二極管從圖像信號(hào)檢測(cè)對(duì)應(yīng)的顏色組分。應(yīng)當(dāng)注意到，在下文中，雖然沒(méi)有專(zhuān)門(mén)限 定，但是在引用了相應(yīng)的光電二極管的任何時(shí)候，不管是否明顯地標(biāo)記了參考符號(hào)R、G和 B，這個(gè)意義將是一致地適用的。實(shí)際上，將濾色鏡提供在光電二極管之上，以便允許光電二極管中的每個(gè)檢測(cè)綠 色、紅色和藍(lán)色組分中的其中之一。也就是說(shuō)，參見(jiàn)圖4，綠色濾色鏡提供在第一和第二光電 二極管PDl和PD2之上，并且紅色和藍(lán)色濾色鏡分別提供在第三和第四光電二極管PD3和 PD4之上。第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2提供在從第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl的右上 對(duì)角的方向上。通過(guò)延展將第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl的右上角和第二光電二極管擴(kuò) 散區(qū)圖案PD2的左下角彼此連接。第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3提供在第二光電二極管 擴(kuò)散區(qū)圖案PD2上面。第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4提供在第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案 PDl上面從第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3的左上對(duì)角的方向上。通過(guò)延展將第三光電二 極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3的左上角和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4的右下角彼此連接。將第一擴(kuò)散區(qū)圖案Dl提供在第二和第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2和PD3之間。 將第二擴(kuò)散區(qū)圖案D2提供在第一擴(kuò)散區(qū)圖案Dl的左側(cè)中第二和第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖 案PD2和PD3之間。將第三擴(kuò)散區(qū)圖案D3提供在第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3上面從 第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4的右上對(duì)角線的方向上。在圖4中，柵極圖案是由虛線限定的。將對(duì)于第一傳輸晶體管M21的柵極圖案提 供在第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl的角附近，并且將對(duì)于第二傳輸晶體管M22的柵極圖案提供在第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl的右上角和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2的左 下角之間的延伸中靠近第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2的位置處。將對(duì)于第三傳輸晶體管 M23的柵極圖案提供在第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3的附近，并且將對(duì)于第四傳輸晶體 管M24的柵極圖案提供在第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3的左上角和第四光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案PD4的右下角之間的延伸中靠近第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4的位置處。 將對(duì)于復(fù)位晶體管M25、轉(zhuǎn)換晶體管M26和選擇晶體管M27的柵極圖案分別提供在 第一、第二和第三擴(kuò)散區(qū)圖案Dl、D2和D3上。參見(jiàn)圖4和圖5，在形成前述的柵極圖案之后完成所有的處理之后，將第一、第二、 第三和第四傳輸控制信號(hào)TxOO、TxlU Τχ21和Τχ30分別施加到傳輸晶體管Μ21、Μ22、Μ23 和Μ24的柵極。此外，將復(fù)位信號(hào)Rx施加到復(fù)位晶體管Μ25的柵極。傳輸晶體管Μ21、Μ22、 Μ23和Μ24的共同端和復(fù)位晶體管Μ25的終端連接到轉(zhuǎn)換晶體管Μ26的柵極。將選擇信號(hào) Sx施加到選擇晶體管Μ27的柵極。四個(gè)傳輸控制信號(hào)的標(biāo)號(hào)的前者表示水平線號(hào)，后者表示豎直線號(hào)。因此，第一傳 輸控制信號(hào)TxOO啟用位于第一水平線0和第一豎直線0上的第一傳輸晶體管Μ21。類(lèi)似地， 第二傳輸控制信號(hào)Txll啟用位于第二水平線1和第二豎直線1上的第二傳輸晶體管Μ22， 第三傳輸控制信號(hào)Τχ21啟用位于第三水平線2和第二豎直線1上的第三傳輸晶體管Μ23， 并且第四傳輸控制信號(hào)Τχ30啟用位于第四水平線3和第一豎直線0上的第四傳輸晶體管 Μ24。當(dāng)將圖4的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素400的第一、第二、第三和第四傳輸晶體管 Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的柵極分別連接到四條不同的信號(hào)線TxOO、Txll、Τχ21和Τχ30時(shí)，圖 2的傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素200的第一、第二、第三和第四傳輸晶體管Μ21、Μ22、 Μ23和Μ24的柵極連接到兩條不同的信號(hào)線TxO和Txl。根據(jù)本發(fā)明的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素400和傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像 素300在依以下方面是彼此類(lèi)似的，S卩，第一、第二、第三和第四傳輸晶體管Μ21、Μ22、Μ23和 Μ24的柵極分別連接到四條不同的信號(hào)線TxO、Txl、Tx2和Τχ3。但是，光電二極管的位置不 同如下。 在圖3的傳統(tǒng)的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素300中，將沿著單條豎直線0橫跨四條 水平線0到3排列的四個(gè)光電二極管合并成單個(gè)單位像素。但是，在根據(jù)本發(fā)明的圖4的 4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素400中，將沿著兩條豎直線0和1橫跨四條水平線0到3布置 的四個(gè)光電二極管合并成單個(gè)單位像素。因?yàn)閮蓚€(gè)光電二極管是布置在對(duì)角的方向上的， 所以與圖3的單位像素比較，相鄰的單位像素之間的面積增加。因此，即使當(dāng)相應(yīng)的單位像 素失效時(shí)，可以使用傳統(tǒng)的恢復(fù)算法處理信號(hào)，仿佛失效的單位像素正常地操作。應(yīng)當(dāng)注意 至IJ，單位像素失效的情況包括所有的晶體管都失效以及單位像素的晶體管其中之一失效。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖。圖7是根據(jù)第二實(shí)施方式的圖6的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖。參見(jiàn)圖6，在根據(jù)第二實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖中，對(duì)于四 個(gè)光電二極管的擴(kuò)散區(qū)圖案PDl到PD4和對(duì)于圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的擴(kuò)散區(qū)圖案Dl到D3是 由實(shí)線限定的。將四個(gè)傳輸晶體管Μ21、Μ22、Μ23和Μ24橫跨光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl到 PD4的各個(gè)延伸提供。
第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2提供在從第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl在左上 對(duì)角線的方向上。第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3提供在第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl 上面從第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2在右上對(duì)角線的方向上。第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖 案PD4提供在第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2上面從第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3在左 上對(duì)角線的方向上。第一擴(kuò)散區(qū)圖案Dl提供在第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3下面從第二光電二極 管擴(kuò)散區(qū)圖案PD2在右上對(duì)角線的方向上。第二擴(kuò)散區(qū)圖案D2提供在第三光電二極管擴(kuò) 散區(qū)圖案PD3下面從第一擴(kuò)散區(qū)圖案Dl在右上對(duì)角線的方向上。第三擴(kuò)散區(qū)圖案D3提供 在第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3上面從第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4在右上對(duì)角線的 方向上。通過(guò)延伸將第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl的左上角和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū) 圖案PD2的右下角彼此延伸。類(lèi)似地，通過(guò)延伸將第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3的左上 角和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4的右下角彼此連接。在圖6中，柵極圖案是由虛線限定的。對(duì)于第一傳輸晶體管M21的柵極圖案提供 在靠近第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl的角的位置處，對(duì)于第二傳輸晶體管M22的柵極圖 案提供在橫跨共同的擴(kuò)散區(qū)圖案靠近第二光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案PD2的角的位置處，該共 同的擴(kuò)散區(qū)圖案通過(guò)延伸將第一和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PDl和PD2彼此連接。對(duì)于 第三傳輸晶體管M23的柵極圖案提供在靠近第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3的角的位置 處，并且對(duì)于第四傳輸晶體管M24的柵極圖案提供在橫跨共同的擴(kuò)散區(qū)圖案靠近第四光電 二極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD4的角的位置處，該共同的擴(kuò)散區(qū)圖案通過(guò)延伸將第三和第四光電二 極管擴(kuò)散區(qū)圖案PD3和PD4彼此連接。對(duì)于復(fù)位晶體管M25、轉(zhuǎn)換晶體管M26和選擇晶體管M27的柵極，分別提供了第一、 第二和第三擴(kuò)散區(qū)圖案Dl、D2和D3。雖然在圖6中沒(méi)有示出，但是在形成了前述的柵極圖案之后完成所有處理之后， 將第一、第二、第三和第四傳輸控制信號(hào)TxOl、TxlO, Tx21和Τχ30分別施加到傳輸晶體管 Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的柵極。此外，向復(fù)位晶體管Μ25的柵極施加復(fù)位信號(hào)Rx。將傳輸晶 體管M21、M22、M23和M24的共同端和復(fù)位晶體管M25的終端連接到轉(zhuǎn)換晶體管M26的柵 極。將選擇信號(hào)Sx施加到選擇晶體管M27的柵極。參見(jiàn)圖6和圖7，將第一傳輸控制信號(hào)TxOl施加到位于第一水平線0和第二豎直 線1上的第一傳輸晶體管M21的柵極。將第二傳輸控制信號(hào)TxlO施加到位于第二水平線 1和第一豎直線0上的第二傳輸晶體管M22。將第三傳輸控制信號(hào)Tx21施加到位于第三水 平線2和第二豎直線1上的第三傳輸晶體管Μ23的柵極。將第四傳輸控制信號(hào)Τχ30施加 到位于第四水平線3和第一豎直線0上的第四傳輸晶體管Μ24的柵極。參見(jiàn)圖6，第一、第二、第三和第四光電二極管PD1、PD2、PD3和PD4用來(lái)從施加到圖 像傳感器的圖像信號(hào)檢測(cè)綠色組分，如果在相應(yīng)的光電二極管之上提供了綠色濾色鏡。這 反映在括號(hào)中的參考符號(hào)G中。也就是，根據(jù)第二實(shí)施方式的圖6的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單 位像素的四個(gè)光電二極管可以用來(lái)檢測(cè)來(lái)自圖像信號(hào)的綠色組分。在這個(gè)情況中，因?yàn)閱?個(gè)單位像素的所有光電二極管都用來(lái)檢測(cè)相同的顏色組分，即，綠色組分，所以可能使數(shù)據(jù) 處理誤差最小化。此外，可能將四個(gè)光電二極管的圖案的不一致性補(bǔ)償?shù)侥骋怀潭取?br> 在圖6中，根據(jù)第二實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的全部四個(gè)光電二極 管都檢測(cè)綠色組分。但是，如果在根據(jù)第二實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的光電 二極管的之上提供了紅色或者藍(lán)色濾色鏡，則也可以從圖像信號(hào)中檢測(cè)紅色或者藍(lán)色組 分。雖然在圖6中沒(méi)有示出，但是如果將藍(lán)色和紅色濾色鏡適當(dāng)?shù)靥峁┰谙噜弳挝幌袼氐?光電二極管之上，該相鄰單位像素鄰接在光電二極管之上僅具有綠色濾色鏡的單位像素， 那么圖像傳感器可以從圖像信號(hào)中檢測(cè)藍(lán)色和紅色組分以及綠色組分。例如，在第一和第 三光電二極管PDl和PD3之上可以提供藍(lán)色濾色鏡，并且在第二和第四光電二極管PD2和 PD4之上可以提供紅色濾色鏡。在相鄰的單位像素中，該相鄰的單位像素具有在光電二極管之上適當(dāng)?shù)靥峁┑乃{(lán) 色和紅色濾色鏡并且鄰接僅具有綠色濾色鏡的單位像素，第一、第二、第三和第四傳輸控制 信號(hào)TxOl、TxlO、Tx21和Τχ30將分別施加到第一、第二、第三和第四傳輸晶體管的柵極。圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖。圖9是根據(jù)第三實(shí)施方式的圖8的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖。參見(jiàn)圖8，關(guān)于連接第一光電二極管PDl與第四光電二極管PD4的虛擬y軸，根據(jù) 第三實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素800對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施方式的圖4的4T-4S步 進(jìn)和重復(fù)單位像素是對(duì)稱(chēng)的。優(yōu)選地，在對(duì)應(yīng)的光電二極管之上提供了濾色鏡，使得從圖像 信號(hào)，第一光電二極管可以檢測(cè)紅色組分，第二光電二極管PD2可以檢測(cè)藍(lán)色組分，并且第 三和第四光電二極管PD3和PD4可以檢測(cè)綠色組分。第一、第二、第三和第四傳輸控制信號(hào)TxOl、TxlO、Tx20和Τχ31分別施加到位于 第一水平線0和第二豎直線1上的第一傳輸晶體管Μ21、位于第二水平線1和第一豎直線0 上的第二傳輸晶體管Μ22、位于第三水平線2和第一豎直線0上的第三傳輸晶體管Μ23和位 于第四水平線3和第二豎直線1上的第四傳輸晶體管Μ24的柵極。因?yàn)樵诟鶕?jù)第一和第三實(shí)施方式的圖4和圖8的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素400 和800之間光電二極管的位置是對(duì)稱(chēng)的，所以施加給連接到光電二極管的對(duì)應(yīng)的傳輸晶體 管的傳輸控制信號(hào)也不同。也就是說(shuō)，當(dāng)將傳輸控制信號(hào)TxOl、TxlO、Tx20和Τχ31施加給 圖8的傳輸晶體管時(shí)，傳輸控制信號(hào)ΤΧ00、ΤΧ11、ΤΧ21和Τχ30施加給圖4的傳輸晶體管。圖10是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖。圖11是根據(jù)第四實(shí)施方式的圖10的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的電路圖。參見(jiàn)圖10，關(guān)于穿過(guò)圖中央的虛擬的y軸，根據(jù)第四實(shí)施方式的4T-4S步進(jìn)和重 復(fù)單位像素1000對(duì)根據(jù)第二實(shí)施方式的圖6的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素是對(duì)稱(chēng)的。優(yōu) 選地，將濾色鏡提供在對(duì)應(yīng)的光電二極管之上，使得從圖像信號(hào)，第一和第三光電二極管 PDl(B)和PD3(B)可以檢測(cè)藍(lán)色組分，并且第二和第四光電二極管PD2 (R)和PD4(R)可以檢 測(cè)紅色組分。第一、第二、第三和第四傳輸控制信號(hào)TxOO、TxlU Τχ20和Τχ31分別施加給位于 第一水平線0和第一豎直線0上的第一傳輸晶體管Μ21、位于第二水平線1和第二豎直線1 上的第二傳輸晶體管Μ22、位于第三水平線2和第一豎直線0上的第三傳輸晶體管Μ23和位 于第四水平線3和第二豎直線1上的第四傳輸晶體管Μ24的柵極。因?yàn)樵诟鶕?jù)第二和第四實(shí)施方式的圖6和圖10的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素之 間光電二極管的位置是對(duì)稱(chēng)的，所以施加給連接到光電二極管的相應(yīng)的傳輸晶體管的傳輸控制信號(hào)也不同。也就是說(shuō)，當(dāng)將傳輸控制信號(hào)TX00、Txll、Tx20和Τχ31施加給圖10的四 個(gè)傳輸晶體管時(shí)，傳輸控制信號(hào)TxOl、TxlO、Tx21和Τχ30施加給圖6的四個(gè)傳輸晶體管。圖12是4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖，在圖中，將接觸區(qū)和金屬線進(jìn)一步 提供在活性擴(kuò)散區(qū)圖案和圖5的柵極層上。圖13是4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素的布局圖，在圖中，將接觸區(qū)和金屬線提供在 活性擴(kuò)散區(qū)圖案和圖7的柵極層上。參見(jiàn)圖12和圖13，帶有X的框指的是接觸區(qū)，因?yàn)檫@對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù) 人員是明顯 的，因此將不對(duì)接觸區(qū)進(jìn)行更詳細(xì)的描述。如上面描述的，因?yàn)樗膫€(gè)像素共享具有三個(gè)晶體管Μ25、Μ26和Μ27的共同的圖像 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，所以每個(gè)像素需要的晶體管的數(shù)量變成1.75。如果其它條件是相同的，與僅 兩個(gè)像素共同地共享單個(gè)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的情況比較，可以由光電二極管占有的面積增 力口。這將提高圖像傳感器的開(kāi)口率。盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的示例性實(shí)施方式詳細(xì)地示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域 的技術(shù)人員將理解，在沒(méi)有背離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的條件下可以在 本發(fā)明中進(jìn)行多種形式和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
一種4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，包括第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案；第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在從所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案在右上對(duì)角線的方向上；第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面；和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)在左上對(duì)角線的方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，進(jìn)一步包括第一擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第二和第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之間；第二擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第一擴(kuò)散區(qū)圖案旁邊在所述第二和第三光電二極管擴(kuò)散 區(qū)圖案之間；和第三擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第四光電二極管 擴(kuò)散區(qū)圖案在對(duì)角線的方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，其中，通過(guò)延伸將所述第一和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的最鄰近的角彼此連接，和其中，通過(guò)延伸將所述第三和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的最鄰近的角彼此連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，其中，第一傳輸晶體管提供在靠近所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的角的位置處，第 二傳輸晶體管提供在共同的擴(kuò)散區(qū)圖案中靠近所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的角的位 置處，所述共同的擴(kuò)散區(qū)圖案通過(guò)延伸將所述第一和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案彼此連 接，其中，第三傳輸晶體管提供在靠近所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的角的位置處，第 四傳輸晶體管提供在共同的擴(kuò)散區(qū)圖案中靠近所述第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案的角的位 置處，所述共同的擴(kuò)散區(qū)圖案通過(guò)延伸將所述第三和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案彼此連 接，和其中，第一、第二、第三和第四傳輸控制信號(hào)施加到所述第一、第二、第三和第四傳輸晶 體管的柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，其中，所述第一傳輸控制信號(hào)啟用位于第η水平線和第η豎直線上的傳輸晶體管，其中，所述第二傳輸控制信號(hào)啟用位于第(η+1)水平線和第(η+1)豎直線上的傳輸晶 體管，其中，所述第三傳輸控制信號(hào)啟用位于第(η+2)水平線和第(η+l)豎直線上的傳輸晶 體管，和其中，所述第四傳輸控制信號(hào)啟用位于第(η+3)水平線和第η豎直線上的傳輸晶體管 (其中，η表示任何整數(shù))。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素，其中，將復(fù)位晶體管實(shí)現(xiàn)在所述第一擴(kuò)散區(qū)圖案中，將轉(zhuǎn)換晶體管實(shí)現(xiàn)在所述第二擴(kuò) 散區(qū)圖案中，并且將復(fù)位晶體管實(shí)現(xiàn)在所述第三擴(kuò)散區(qū)圖案中，并且其中，將選擇控制信號(hào)施加到所述復(fù)位晶體管的柵極，并且將選擇信號(hào)施加到所述選擇晶體管的柵極。
7. 一種圖像傳感器，包括在水平和豎直方向上布置的多個(gè)4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像 素，每個(gè)單位像素均具有第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案；第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在從所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案在右上對(duì)角線 的方向上；第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面；和 第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案，提供在所述第一光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案上面從所述第三 光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案在左上對(duì)角線的方向上，其中，在所述4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素中的一個(gè)中，將綠色濾色鏡提供在所述第一 和第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，將紅色濾色鏡提供在所述第三光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案 之上，并且將藍(lán)色濾色鏡提供所述第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，和其中，在另一個(gè)相鄰的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素中，將紅色濾色鏡提供在所述第一 光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上，將藍(lán)色濾色鏡提供在所述第二光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上， 并且將綠色濾色鏡提供在所述第三和第四光電二極管擴(kuò)散區(qū)圖案之上。
全文摘要
公開(kāi)的是在圖像傳感器中使用的4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素和具有該單位像素的圖像傳感器。4T-4S步進(jìn)和重復(fù)單位像素具有用于光電二極管的四個(gè)擴(kuò)散區(qū)圖案和用于圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的三個(gè)擴(kuò)散區(qū)圖案。通過(guò)使用彼此在對(duì)角線的方向上布置的四個(gè)光電二極管和靠近光電二極管的邊緣在光電二極管之間布置的三個(gè)擴(kuò)散區(qū)圖案，圖像傳感器的開(kāi)口率增加到最大。
文檔編號(hào)H04N5/3745GK101821850SQ200880111237
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者李道永 申請(qǐng)人:(株)賽麗康