專利名稱：在四路共享像素上提供兩路共享存儲柵極的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及數(shù)字圖像傳感器且尤其涉及具有所述陣列的像素單元中的共享 組件的CMOS像素單元陣列架構(gòu)。
背景技術(shù)：
CMOS成像器電路包括像素單元的焦平面陣列，所述單元中的每一者包括光傳感器 (例如，光柵極、光導(dǎo)體或光電二極管)以在襯底的指定部分累積光生電荷。每一像素 單元具有形成于襯底上或襯底內(nèi)的電荷存儲區(qū)，其連接至為讀出電路的一部分的輸出晶 體管的柵極。電荷存儲區(qū)可構(gòu)造為浮動擴散區(qū)。在某些成像器電路中，每一像素可包括 至少一個電子裝置，例如用于將來自光傳感器的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)和一個裝置的晶體 管，還通常為用于在電荷轉(zhuǎn)移之前將所述存儲區(qū)復(fù)位至預(yù)定電荷電平的晶體管。
在CMOS成像器中，像素單元的有源元件執(zhí)行以下功能(l)光子至電荷轉(zhuǎn)換；(2) 累積圖像電荷；(3)復(fù)位存儲區(qū)至已知狀態(tài)；(4)轉(zhuǎn)移電荷至存儲區(qū)；(5)選擇像素用 于讀出；和(6)輸出并放大表示像素電荷的信號。當(dāng)光電荷從初始電荷累積區(qū)移動至 存儲區(qū)時，其可被放大。在存儲區(qū)的電荷通常通過源極跟隨器輸出晶體管而轉(zhuǎn)換為像素 輸出電壓。
上文所討論類型的CMOS成像器為通常己知的，例如在美國專利第6,140,630號、 美國專利第6,376,868號、美國專利第6,310,366號、美國專利第6,326,652號、美國專 利第6,204,524號、美國專利第6,333,205號中所討論，所述專利均轉(zhuǎn)讓給美光科技公司 (Micron Technology, Inc),其全文以引用的方式并入本文中。
參看圖l、圖2和圖3，其分別說明常規(guī)四晶體管(4T) CMOS像素傳感器單元100 的俯視圖、部分橫截面圖和電路示意圖。當(dāng)入射光187撞擊光傳感器(光電二極管)120 的表面時，在光傳感器的p-n接面內(nèi)產(chǎn)生電子/空穴對(在n型累積區(qū)122與p型表面層 123的邊界處表示(圖2))。所產(chǎn)生的電子(光電荷)在光傳感器120的n型累積區(qū)122 內(nèi)收集。光電荷從初始電荷累積區(qū)122經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管106移動至浮動擴散區(qū)110。在 浮動擴散區(qū)110處的電荷通常通過源極跟隨器晶體管108轉(zhuǎn)換成像素輸出電壓，其為經(jīng) 由行選擇晶體管109在列輸出線111上的輸出。
常規(guī)CMOS成像器設(shè)計(例如在圖1至圖3中對于像素單元100所展示的)僅提供大約百分的五十的填充因數(shù)，意味著僅利用像素單元100的一半將光轉(zhuǎn)換為電荷載體。 如圖所示，僅單元100的一小部分包含光傳感器120。像素單元100的剩余部分包括隔 離區(qū)102 (展示為襯底101中的STI區(qū))、耦合至轉(zhuǎn)移晶體管106的轉(zhuǎn)移晶體管柵極106' 的浮動擴散區(qū)110、和具有相應(yīng)柵極107'、 108'和109'的復(fù)位107、源極跟隨器108和行 選擇109晶體管的源極/漏極區(qū)115。此外，隨著總像素面積持續(xù)減少(歸因于所要的縮 放)，制造利用最小量表面積的高敏感性光傳感器或針對像素單元的非感光組件找出像 素陣列上較有效的布局來提供增加的感光面積變得日益重要。
圖4以電示意形式說明具有存儲晶體管130與相關(guān)存儲柵極130'的六晶體管(6T) 像素單元。具有存儲柵極130'和相關(guān)存儲區(qū)的存儲晶體管130可理想地用于多種目的， 例如幀快門(frame shutter)或用以增加像素的電荷容量。另外，像素單元還可包括具有 相關(guān)柵極140'的抗溢出晶體管140以防止電荷從電荷飽和光傳感器120溢出。然而，當(dāng) 額外晶體管(例如存儲晶體管130和/或抗溢出晶體管140)添加至像素單元時，光傳感 器填充因數(shù)進一步降低。
因此，存在對如下像素單元的需要，其包括具有相關(guān)柵極的存儲晶體管和/或抗溢出 晶體管，同時具有有效布局以允許高填充因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在各示范性實施例中提供一種操作像素陣列的方法，所述方法包括以下步
驟啟動全局存儲信號以將光傳感器電荷存儲于所述陣列的每一像素的第一存儲區(qū)中；
啟動用于所述陣列的第一行中的像素的第一復(fù)位信號以復(fù)位第一行中的每一像素的第
二存儲區(qū)；對第一行的像素的經(jīng)復(fù)位的第二存儲區(qū)進行取樣；啟動用于所述陣列的第二 行中的像素的第三復(fù)位信號以復(fù)位所述第二行中的每一像素的第三存儲區(qū)；對第二行的 像素的經(jīng)復(fù)位的第三存儲區(qū)進行取樣；將光傳感器電荷從所述陣列的第一和第二行的第 一組列中的每一像素的第一存儲區(qū)分別轉(zhuǎn)移至所述第一和第二行中的像素的第二和第 三存儲區(qū)對來自第一行和第一組列中的所述像素的第二存儲區(qū)的光傳感器電荷進行取 樣；和對來自第二行和第一列行中的所述像素的第三存儲區(qū)的光傳感器電荷進行取樣。


從以下結(jié)合附圖提供的本發(fā)明的詳細描述中將更好地理解本發(fā)明的上述和其它方
面，在附圖中
圖1為常規(guī)CMOS像素單元的俯視圖2為沿線1-1'所截取的圖1的像素單元的橫截面圖；圖3為圖1和圖2的常規(guī)CMOS像素的電路圖4為常規(guī)CMOS像素的電路圖，其采用具有相關(guān)柵極的存儲和/或抗溢出晶體管； 圖5為根據(jù)本發(fā)明示范性實施例構(gòu)造的像素陣列的一部分的俯視圖5A為根據(jù)本發(fā)明示范性實施例構(gòu)造的像素陣列的一部分的示意圖6為說明操作根據(jù)本發(fā)明示范性實施例構(gòu)造的像素陣列的示范性方法的時序圖； 圖7為具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的像素單元陣列的CMOS成像器芯片的框圖；和 圖8為采用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的CMOS成像器的處理系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
在以下詳細描述中，參看附圖，所述附圖形成本文的一部分且以說明的方式展示可 實踐本發(fā)明的特定實施例。充分詳細地描述這些實施例以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)?踐本發(fā)明，且應(yīng)理解可利用其它實施例，且可在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進 行結(jié)構(gòu)、邏輯和電方面的改變。所述處理步驟的進程是本發(fā)明的示范性實施例；然而所 述步驟的順序并不限于本文所述的順序且可如此項技術(shù)中所已知的進行改變，除必需以 特定順序發(fā)生的步驟以外。
如本文所用的術(shù)語"晶片"和"襯底"應(yīng)理解為包括硅、外延硅、絕緣體上硅(SOI) 或藍寶石上硅(SOS)技術(shù)、摻雜和未摻雜半導(dǎo)體和其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)在以下 描述中提及"晶片"或"襯底"時，可能已利用先前處理步驟以在基礎(chǔ)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基 底之中或之上形成區(qū)、接面或材料層。此外，半導(dǎo)體無需為基于硅的半導(dǎo)體，而可為基 于硅-鍺、鍺、砷化鎵或其它半導(dǎo)體。
如本文所用的術(shù)語"像素"或"像素單元"是指含有用于將光子轉(zhuǎn)換為電信號的光 傳感器和相關(guān)晶體管的光元件單位單元。出于說明目的，在本文的圖式和描述中說明少 量的代表像素；然而，大量類似像素的制造通常同時進行。因此，以下詳細描述僅例示 本發(fā)明且不應(yīng)理解為具有限制意義。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書界定。
如本文所用的術(shù)語"成一角度"、"成角度"和"傾斜"應(yīng)解釋為意味著相對于某些 規(guī)定參考點成任何角度，不完全平行或完全垂直。因此，當(dāng)物體的至少一部分與某參考 點會合以形成并非為0。、 90。或180。的角度時，所述物體被視作相對于所述參考點"成角 度"、"成一角度"或"傾斜"。
現(xiàn)參看圖式，其中相同數(shù)字表示相同元件，圖5說明構(gòu)造于具有根據(jù)本發(fā)明示范性 實施例的像素布局設(shè)計的硅襯底內(nèi)和硅襯底上的像素陣列400的一部分的俯視圖。圖5A 為描繪示范性像素陣列400的部分的電路圖。像素陣列400包括由四個像素共享的像素讀出電路。涉及四路讀出共享的像素由光傳感器401、 404、 405、 406表示。共享組件包括 像素信號讀出組件，其位于第一對光傳感器401、 405之間與鄰近所述第一對的第二對光 傳感器404、 406之間的區(qū)域內(nèi)的線性延伸中繼線(linearly-extending trunk) 450上。此夕卜， 盡管與共享共用讀出電路的四個光傳感器不同，但可選抗溢出柵極418、 419、 434、 435 每一者也由陣列400中的四個光傳感器共享。在所說明的實例中，四個光傳感器401、405、 407、 408展示為具有共享抗溢出柵極418。光傳感器404、 406、 506、 507也共享抗溢出 柵極419?？挂绯鰱艠O可與相關(guān)光傳感器重疊，如在抗溢出柵極419下方以示范性虛線詳 細展示?？挂绯鰱艠O434、 435在所說明實例中與相應(yīng)光傳感器402、 403相關(guān)且由圖4中 未說明的其它光傳感器共享。
應(yīng)注意，圖5A僅描述像素陣列中的三行行,、行ow、行0()2。如圖所示，四路讀出 共享是針對在行。加中具有光傳感器405、 406的像素和在行。cn中具有光傳感器401、 404的 像素來說。以相似方式，具有帶有光傳感器402、 403的像素的行(K)2和行(M)3 (未說明)將 具有共享讀出電路的像素。
列相鄰像素(例如，光傳感器402、 401)共享在讀出電荷之前用于在相應(yīng)第一和第 二存儲區(qū)413、 413a中存儲所產(chǎn)生的光電荷的共用第一存儲柵極409?？赏ㄟ^在以下所闡 釋的圖6時序圖中所展示的全局存儲柵極控制信號SG來控制第一存儲柵極409。光傳感器 401、 402可為用于將光子轉(zhuǎn)換為電子(光電荷)的任何感光性結(jié)構(gòu)，且在優(yōu)選實施例中， 光傳感器(例如，401、 402)為光電二極管區(qū)。
第二對列相鄰光傳感器403、 404共享第二存儲柵極410。來自光傳感器403、 404的 電荷在柵極410的控制下存儲于相應(yīng)第三和第四存儲區(qū)414、 414a中。還可通過全局存儲 柵極控制信號SG來控制存儲柵極410。光傳感器405、 504共享第三存儲柵極411，其中其 各自電荷在柵極411的控制下存儲于相應(yīng)第五和第六存儲區(qū)415a、 415中。光傳感器406、 505共享第四存儲柵極412，其中其各自電荷存儲于第七和第八存儲區(qū)416a、 416中。所 述共享存儲柵極配置減少存儲柵極控制信號線的數(shù)目，其原本為每一光傳感器的單獨存 儲柵極所需要的。柵極409、 410、 411、 412中的每一者至少一部分具有側(cè)邊413，其相 對于光傳感器401、 402、 403、 404、 405、 406、 504、 505優(yōu)選成一角度或在一拐角處， 這為所述光傳感器提供較大光子收集區(qū)，且因此有高填充因數(shù)。應(yīng)了解，存儲區(qū)413、 413a、 414、 414a、 415、 415a、 416、 416a主要包含位于襯底中的相應(yīng)存儲柵極409、 410、 411、 412下面的摻雜區(qū)(n型)。
如圖5和圖5A中所說明，光傳感器401、402也共享轉(zhuǎn)移晶體管柵極423，光傳感器403、 404共享轉(zhuǎn)移晶體管柵極424,且光傳感器405、 504共享轉(zhuǎn)移柵極425，且光傳感器406、
7505共享轉(zhuǎn)移柵極426。轉(zhuǎn)移晶體管柵極423、 424、 425、 426中每一者的至少一部分具有 側(cè)邊432，其相對于光傳感器401、 402、 403、 404、 405、 406、 504、 505中每一者優(yōu)選 成一角度或在一拐角。應(yīng)注意，所述實施例的轉(zhuǎn)移晶體管柵極423、 424、 425、 426被共 享，其中每一者在陣列400中的兩列相鄰像素之間。舉例來說，如在圖5中所展示，共享 存儲柵極409的列相鄰光傳感器401、 402還共享轉(zhuǎn)移晶體管柵極423。轉(zhuǎn)移晶體管柵極 423、 424將電荷從電荷存儲區(qū)413a、 414a轉(zhuǎn)移至共用浮動擴散區(qū)421a。
光傳感器401、 402并未共享浮動擴散區(qū)或讀出電路。而是，在所說明的實施例中， 具有光傳感器401、 404的兩行相鄰的像素共享第一浮動擴散區(qū)421a，且兩行相鄰的光傳 感器405、 406共享第二浮動擴散區(qū)421b。兩個浮動擴散區(qū)421a、 421b通過襯底中的導(dǎo)電 跡線或摻雜區(qū)電連接至彼此。浮動擴散區(qū)421a、 421b還可視情況耦合至電容器429，所 述電容器用以增加所連接浮動擴散區(qū)421a、 421b的電荷存儲容量。電容器429還耦合至 Vaa-pix并增加動態(tài)范圍。圖5還展示第三浮動擴散區(qū)430，其由行相鄰光傳感器402、 403 共享。此區(qū)以與連接區(qū)421a與421b相同的方式連接至另一浮動擴散區(qū)。
與存儲區(qū)413a、 414a、 415a、 416a協(xié)同使用存儲柵極409、 410、 411、 412向共享 包括光傳感器401、 404、 405、 406的讀出電路的像素的光傳感器電荷存儲提供幀快門 和/或額外存儲。舉例而言，存儲柵極409、 410、 411、 412在積分周期之后將由光傳感 器40K 404、 405、 406所產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至相關(guān)存儲區(qū)413a、 414a、 415a、 416a內(nèi)， 在該處可存儲并讀出電荷。
優(yōu)選地，如圖5所示，存儲柵極409、 410、 411、 412與轉(zhuǎn)移晶體管柵極423、 424、 425、 426中的每一者的至少一部分相對于其相關(guān)光傳感器401、 402、 403、 404、 405、 406、 504、 505成角度，使得每一柵極與相關(guān)光傳感器的拐角區(qū)重疊。舉例來說，存儲 柵極410的邊緣431展示為相對于相關(guān)光傳感器403、 404的長L和寬W傾斜，使得柵 極410與光傳感器404的右上角和光傳感器403的左上角重疊。同樣，轉(zhuǎn)移晶體管柵極 423、 424、 425、 426中的每一者具有邊緣432,其以同樣方式相對于光傳感器403、 404 的長L和寬W傾斜，使得柵極與相關(guān)光傳感器的拐角重疊。此優(yōu)選成角度的幾何形狀 和光傳感器與柵極409、 410、 411、 412、 423、 424、 425、 426的重疊允許柵極409、 410、 411、 412、 423、 424、 425、 426的有效布局，從而改進陣列400中像素的泄漏和滯后性 能。此外，此布置還有益于通過最大化光傳感器401、 402、 403、 404、 405、 406、 504、 505的面積而最大化陣列400的填充因數(shù)。可選抗溢出晶體管的抗溢出柵極418、 419、 434、 435還具有傾斜邊緣(例如418a)且還與相關(guān)光傳感器(例如407)的拐角重疊。
現(xiàn)將進一步描述共享像素讀出結(jié)構(gòu)。利用一個具有柵極436的復(fù)位晶體管來復(fù)位互連浮動擴散區(qū)421a、 421b處的電荷。在復(fù)位柵極436 —側(cè)的為源極/漏極區(qū)425，其能 夠接收電源電壓Vaa-pix。在光傳感器401、 404、 405、 406間共享的讀出中繼線450上 的剩余讀出組件包括源極跟隨器晶體管426'，其具有連接至浮動擴散區(qū)421a、 421b 的柵極426;和行選擇晶體管427'，其具有選擇性地將源極跟隨器晶體管426'的輸出門 控至讀出列線的柵極427。利用襯底中的隔離區(qū)433來將中繼線450上的有源區(qū)域與光 傳感器隔離，且還使光傳感器401、 404、 405、 406的個別電荷累積區(qū)彼此隔離?？墒?用任何已知隔離技術(shù)(包括但不限于淺溝槽隔離(STI))來形成隔離區(qū)433。
本文所述的四路共享像素讀出布局說明性地具有第一對具有相應(yīng)光傳感器405、406 的列相鄰像素和第二對具有相應(yīng)光傳感器401、 404的列相鄰像素，其共享一組讀出電 路，例如導(dǎo)引至列輸出線420的中繼線450。因此，根據(jù)此示范性實施例，列輸出線420 僅對于像素陣列400的每隔一列是必需的。因此兩個列相鄰像素(例如405、 401)將依 序讀出至相同輸出線420上，且其相應(yīng)信號需單獨取樣并保持以維持像素陣列400的最 大分辨率。取樣和保持電路635 (圖5)連接至列線420且包含開關(guān)636和兩組電容器 637、 638。開關(guān)636決定來自列線420的傳入信號應(yīng)去往第一組電容器637還是第二組 電容器638。實際上，由相應(yīng)光傳感器和相關(guān)聯(lián)讀出電路所表示的每一像素產(chǎn)生兩個輸 出信號，在共用浮動擴散區(qū)421a、 421b由復(fù)位晶體管(例如436')復(fù)位之后的復(fù)位信 號Vrst和在積分周期期間由光傳感器(例如401)中所累積的電荷所產(chǎn)生的光傳感器信 號Vsig。對于每一像素，差分放大器640產(chǎn)生差分信號Vrst-Vsig。 Vrst-Vsig表示照射 到像素上的光的量。因此，對于兩列相鄰像素中的一者，每一對電容器637和638在所 述對中的一個電容器處接收信號Vrst和在所述對中的另一電容器處接收信號Vsig。
圖6為說明在圖5和5A中所說明的陣列400的示范性操作的時序圖。應(yīng)注意，轉(zhuǎn) 移晶體管柵極信號線TX—ODD、 TX一EVEN分別表示陣列400中的奇數(shù)或偶數(shù)像素列的 轉(zhuǎn)移控制信號。此外，使用"行m"來表示陣列400的行號"xxx"。應(yīng)注意圖6的時序 圖僅表示操作圖5和5A中所描繪結(jié)構(gòu)的一種示范性方式，且可采用其它操作方案。
將全局存儲柵極控制信號SG調(diào)高而結(jié)束光傳感器積分周期，且來自所有光傳感器 的電荷經(jīng)由存儲柵極轉(zhuǎn)移至其相應(yīng)存儲區(qū)內(nèi)。在此實例中，來自光傳感器401的電荷轉(zhuǎn) 移至存儲區(qū)413a，來自光傳感器402的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)413，來自光傳感器403的電 荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)414，來自光傳感器404的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)414a，來自光傳感器405 的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)415a，來自光傳感器406的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)416a，來自光傳感 器504的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)415a,且來自光傳感器505的電荷轉(zhuǎn)移至存儲區(qū)416a。
隨后，對于陣列400的包含光傳感器401、 404的行行咖，通過確定行選擇信號(ROW)為高來啟動行選擇柵極427。共用浮動擴散區(qū)421a、 421b的復(fù)位通過使用復(fù)位 信號Reset啟動復(fù)位晶體管436的復(fù)位柵極436來執(zhí)行。表示復(fù)位條件的信號Vrst讀出 至列線420上，且通過取樣和保持復(fù)位信號SHR取樣并保持于取樣和保持電路635中 的電容器對638的Vrst電容器上。In一sel信號控制開關(guān)636以決定列線420上的信號應(yīng) 去往第一組電容器637還是第二組電容器638。對于行則，In_sel為將復(fù)位信號存儲至 電容器組638的復(fù)位信號電容器中的低控制存儲(圖5A)。接著，對于下一行，行0()2， 重復(fù)此相同步驟順序，調(diào)高適當(dāng)行選擇(RS) 537、復(fù)位(Reset) 536和取樣和保持復(fù) 位(SHR)信號使第二行行d02讀出復(fù)位信號至列線420上，以對行(k)2的浮動擴散區(qū)430 和行(m)3的連接浮動擴散區(qū)進行復(fù)位調(diào)整(圖5A中未展示)。然而，此時In一sel信號為 高，從而導(dǎo)致所述信號存儲于復(fù)位電容器對637中。接著，將行選擇及取樣和保持信號 ROW與SHS返回至低。
之后，轉(zhuǎn)移信號TXJEVEN被調(diào)高以啟動兩個相鄰行中的偶數(shù)列轉(zhuǎn)移晶體管柵極 424。因此，存儲于存儲區(qū)域414a中的電荷經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管424'轉(zhuǎn)移至浮動擴散區(qū)421a 中，且對于在下一行行,中由光傳感器403所產(chǎn)生的電荷通過"開啟"轉(zhuǎn)移晶體管柵 極424而執(zhí)行同樣操作。之后，對于行,，通過使用信號ROW啟動行選擇晶體管427' 而將像素電壓信號Vsig讀出至行線420上，且使用高SHS信號啟動取樣和保持電路635 來取樣第一行。在In—sd信號為低時進行此操作，其經(jīng)由開關(guān)636選擇電容器組638。 作為讀出，光傳感器404信號Vsig存儲于電容器組628的Vsig電容器上。電容器組638 現(xiàn)保持復(fù)位信號Vrst和對應(yīng)于光傳感器404的光傳感器信號Vsig。對于行Qq2，現(xiàn)讀出 像素電壓信號Vsig，重復(fù)行選擇(ROW)及取樣和保持信號(SHS)的脈沖。從浮動擴 散區(qū)430，由源極跟隨器晶體管柵極526產(chǎn)生信號，經(jīng)由行選擇晶體管537且至列線420。 然而在此讀出期間，In—sel信號重返為高以將來自行qq2的光傳感器信號Vsig存儲到電 容器組627的Vsig電容器中。行選擇及取樣和保持信號ROW和SHS再次重返為低。
對于一行中的每隔一列同時執(zhí)行此示范性方法，利用替代轉(zhuǎn)移晶體管柵極信號 TX—ODD來啟動在陣列的奇數(shù)列中的轉(zhuǎn)移晶體管柵極。對于每一對行(例如行(hh與行 002、行(k)3與行(m)4等)以此順序重復(fù)所述方法，直至為陣列400中的每一像素讀出信號。 應(yīng)理解，這些操作步驟僅為示范性的，且本發(fā)明決不限于本文所描述的讀出操作方法。
圖5和5A還說明抗溢出柵極(例如418、 434、 419、 435 (圖5))和相配的抗溢出 晶體管?？挂绯鼍w管的柵極由線HDR (圖5A)上的控制信號操作以限制在電荷積分 周期期間由相應(yīng)光傳感器(例如406、 404、 401、 405)累積的電荷量?？挂绯鰱艠O還可 用作全局復(fù)位柵極以開始積分周期。圖7展示CMOS成像器600，其中可在像素陣列605內(nèi)采用本發(fā)明。CMOS成像器 600由控制電路630操作，所述控制電路630控制地址解碼器615、 625以選擇適當(dāng)?shù)男?與列線來進行像素讀出。控制電路630還控制行與列驅(qū)動器電路610、 620，使得其施加 驅(qū)動電壓至選定的行與列線的驅(qū)動晶體管。如所述，像素輸出信號包括像素復(fù)位信號 Vrst，其在由復(fù)位晶體管復(fù)位之后從浮動擴散區(qū)(例如421a、 421b)讀出，和像素圖像 信號Vsig，其在光生電荷通過轉(zhuǎn)移柵極從由存儲柵極控制的存儲區(qū)轉(zhuǎn)移至此后從所述浮 動擴散區(qū)讀出。對于每一像素，通過取樣和保持電路635來取樣Vrst和Vsig信號且通 過差分放大器640減去所述信號，從而產(chǎn)生表示照射到像素上的光的量的差分信號 Vrst-Vsig。此差分信號通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器645而數(shù)字化。將數(shù)字化的像素信號饋入圖 像處理器650以形成數(shù)字圖像輸出。可在成像器芯片上或之外來進行數(shù)字化和圖像處理。 在某些布置中，差分信號Vrst-Vsig可被放大為差分信號且直接由差分模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器 數(shù)字化。
圖8說明基于成像處理器的系統(tǒng)700 (例如攝像機系統(tǒng))，其一般包括中央處理單元 (CPU) 705 (例如微處理器)，所述中央處理單元經(jīng)由總線715與輸入/輸出(I/O)裝置 710通信。系統(tǒng)700還包括根據(jù)本文所述的本發(fā)明實施例構(gòu)造的成像裝置600。成像器 600還經(jīng)由總線715與CPU 705通信。基于處理器的系統(tǒng)700還包括隨機存取存儲器 (RAM) 720，且可包括可移除存儲器725 (例如快閃存儲器)，其也經(jīng)由總線715與CPU 705通信。成像器600可在單個集成電路或不同于處理器的芯片上具有或不具有存儲器 存儲的情況下，與處理器(例如CPU、數(shù)字信號處理器或微處理器)組合。
本發(fā)明進一步包括操作圖5至8中所說明實施例的像素陣列的方法。所述方法包含 以下步驟響應(yīng)于所施加的光在第一光傳感器中產(chǎn)生電荷，響應(yīng)于所施加的光在第二光 傳感器中產(chǎn)生電荷，和將來自第一和第二光傳感器中的電荷存儲至具有第一和第二存儲 晶體管的相應(yīng)第一和第二存儲區(qū)中，其中第一和第二存儲晶體管具有分別連接至第一和 第二光傳感器的共用第一存儲柵極。第一和第二光傳感器為列相鄰的。
上述過程和裝置說明許多可使用和產(chǎn)生的方法和裝置中的優(yōu)選方法和典型裝置。上 文描述和圖式說明實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)、特征和優(yōu)勢的實施例。然而，并不希望本發(fā)明受 上文所述和所說明實施例的嚴格限制。舉例來說，盡管本發(fā)明僅參考具有4像素共享讀 出電路與兩像素共享存儲和轉(zhuǎn)移柵極的像素陣列來討論，但其它多像素共享陣列也希望
在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，屬于所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的本發(fā)明的任何修改(盡 管當(dāng)前無法預(yù)料)均應(yīng)視為本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種操作像素陣列的方法，其包含以下步驟啟動全局存儲信號，以將光傳感器電荷存儲在所述陣列的每一像素的第一存儲區(qū)中；啟動用于所述陣列的第一行中的所述像素的第一復(fù)位信號，以復(fù)位所述第一行中的每一像素的第二存儲區(qū)；對所述第一行的所述像素的所述經(jīng)復(fù)位的第二存儲區(qū)進行取樣；啟動用于所述陣列的第二行中的所述像素的第三復(fù)位信號，以復(fù)位所述第二行中的每一像素的第三存儲區(qū)；對所述第二行的所述像素的所述經(jīng)復(fù)位的第三存儲區(qū)進行取樣；將所述光傳感器電荷從所述陣列的所述第一和第二行的第一組列中的每一像素的所述第一存儲區(qū)分別轉(zhuǎn)移至所述第一和第二行中的所述像素的所述第二和第三存儲區(qū)；對來自所述第二存儲區(qū)的所述光傳感器電荷進行取樣，所述第二存儲區(qū)來自所述第一行和第一組列中的所述像素；和對來自所述第三存儲區(qū)的所述光傳感器電荷進行取樣，所述第三存儲區(qū)來自所述第二行和第一組列中的所述像素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其進一步包含以下步驟將所述光傳感器電荷從所述陣列的所述第一和第二行的第二組列中的每一像素 的所述第一存儲區(qū)分別轉(zhuǎn)移至所述第一和第二行中的所述像素的所述第二和第三 存儲區(qū)；對來自所述第二存儲區(qū)的所述光傳感器電荷進行取樣，所述第二存儲區(qū)來自所述 第一行和第一組列中的所述像素；和對來自所述第三存儲區(qū)的所述光傳感器電荷進行取樣，所述第三存儲區(qū)來自所述 第二行和第一組列中的所述像素，其中所述第一和第二組列為交替列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述對所述經(jīng)復(fù)位的第二存儲區(qū)進行取樣的步驟 包含將來自所述經(jīng)復(fù)位的第二存儲區(qū)的電荷存儲于第一對取樣電容器中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述對所述經(jīng)復(fù)位的第三存儲區(qū)進行取樣的步驟包含將來自所述經(jīng)復(fù)位的第三存儲區(qū)的電荷存儲于第二對取樣電容器中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述對來自所述第二存儲區(qū)的所述光傳感器電荷 進行取樣的步驟包含將來自所述第二存儲區(qū)的所述光傳感器電荷存儲于所述第一對取樣電容器中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述對來自所述第三存儲區(qū)的所述光傳感器電荷 進行取樣的步驟包含將來自所述第三存儲區(qū)的所述光傳感器電荷存儲于所述第二對取樣電容器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作像素陣列的方法，其包括啟動全局存儲信號以將光傳感器電荷存儲于每一像素的第一存儲區(qū)中；啟動用于第一行中的像素的第一復(fù)位信號以復(fù)位第一行像素的第二存儲區(qū)；對所述經(jīng)復(fù)位的第二存儲區(qū)進行取樣；啟動用于第二行中的像素的第三復(fù)位信號以復(fù)位第二行像素的第三存儲區(qū)；對所述經(jīng)復(fù)位的第三存儲區(qū)進行取樣；將所述光傳感器電荷從所述陣列的所述第一和第二行的第一組列中像素的所述第一存儲區(qū)分別轉(zhuǎn)移至所述第二和第三存儲區(qū)；對來自來自第一行/第一列像素的所述第二存儲區(qū)的所述光傳感器電荷進行取樣；和對來自來自第二行/第一列像素的所述第三存儲區(qū)的光傳感器電荷進行取樣。
文檔編號H04N5/3745GK101292521SQ200680038975
公開日2008年10月22日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者喬伊·沙阿, 杰弗里·A·麥基 申請人:美光科技公司