专利名称：4t-4s步进和重复单位像素和包括该单位像素的图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像传感器的单位像素，更具体地，涉及通过将四个单 位像素合并成 单个单位像素得到的4T-4S步进和重复单位像素和具有该单位像素的图像传感器。
背景技术：
图像传感器是通过将多个单位像素布置在二维的阵列结构中得到的。在图像传感 器的设计阶段在水平和竖直方向上重复地布置单位像素的过程称作步进和重复过程。在这 个过程中，水平单位线是通过在水平方向上重复地布置单个类型的单位像素形成的，而竖 直单位线是通过在竖直方向上重复地布置单位像素而从水平单位线的每个单位像素延伸 的，从而实现单个图像传感器。可以如下定义将在本发明中提到的4T单位像素、4T-2S单位像素和4T-4S单位像
ο4T单位像素包括单个光电二极管和图像信号转换电路，该图像信号转换电路具有 用于处理从光电二极管检测到的图像信号的四个晶体管(即，4T)。4T-2S单位像素是通过共享用于图像信号转换电路的晶体管(即，2S)通过将两个 4T单位像素合并进单个单位像素得到的图像传感器单元。4T-4S单位像素是通过共享用于图像信号转换电路的晶体管(即，4S)通过将四个 4T单位像素合并进单个单位像素得到的图像传感器单元。图1示出生成传统的4T-2S步进和重复单位像素的过程。参见图1，在右侧示出的4T-2S步进和重复单位像素100是通过合并在左侧示出的 两个4T单位像素10和20得到的。第一单位像素10包括单个光电二极管PDl和图像信号 转换电路，该图像信号转换电路具有用于将从光电二极管PDl产生的图像信号转换成电信 号的四个晶体管M11、M12、M13和M14。第二单位像素20具有与第一单位像素10类似的结 构，但是它们的组件由不同的符号表示，以便将它们彼此区分。在4T-2S步进和重复单位像素100中，复位晶体管M12或M22、转换晶体管M13或 M23、选择晶体管M14或M24在两个4T单位像素10和20之间共享，两个4T单位像素10和 20中的每个均具有四个晶体管。因此，如果两个4T单位像素共享复位晶体管、转换晶体管 和选择晶体管，那么需要的复位晶体管、转换晶体管和选择晶体管的数量可以降低到三个， 而如果两个4T单位像素是如在图1中所示分开布置的，那么需要六个晶体管。使用共同共 享的两个传输晶体管Mll和M21和三个晶体管MC2、MC3和MC4，4T-2S步进和重复单位像素 100输出对应于在两个光电二极管PDl和PD2中产生的图像信号的转换电压。在启用施加给传输晶体管Mll和M21的栅极的传输控制信号Txl或Tx2的任何一 个之前，在预定时间点启用施加给复位晶体管MC2的栅极的复位信号Rxl2。为此原因命名 了在“Rxl2”中的标号“12”。类似地，为了相同的原因命名了施加给选择晶体管MC4的栅极 的选择信号Sxl2的标号“12”。
如上所述，因为单个共同的图像信号转换电路是由两个单位像素共享的，所以使用在4T-2S步进和重复单位像素100中的两个光电二极管和五个晶体管M11、M21、MC2、MC3 和MC4，将施加给两个单位像素的图像信号转换成电信号。因此，每个像素需要的晶体管的 数量变成2.5。当四个4T单位像素共同地共享单个图像信号转换电路时，每个像素需要的晶体 管的数量降低到1. 75。如果其它条件是相同的，与仅两个4T单位像素共同共享单个图像信 号转换电路的上面情况比较，可以由光电二极管占用的面积增加。这将提高图像传感器的 开口率。图2是传统的4T-4S步进和重复单位像素的电路图。参见图2，4T_4S步进和重复单位像素200包括四个光电二极管PDO到PD3，用于 产生对应于入射图像信号的图像电荷；四个传输晶体管M21到M24，用于转换从四个光电二 极管产生的图像电荷；和共同的图像信号转换电路，具有用于将所检测的图像电荷转换成 对应的电信号的三个晶体管M25、M26和M27。传输控制信号Tx01、Txll、Tx00和TxlO分别 施加到传输晶体管Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的栅极。考虑在图像传感器中的一般的光电二极管阵列，4T-4S步进和重复单位像素200 是通过将两个用来从图像信号中检测绿色组分的光电二极管合并成单个单元得到的，一个 光电二极管用来检测蓝色组分，而一个光电二极管用来检测红色组分。参见图2，用来检测 绿色组分的两个光电二极管PDO和PD3是对角地布置的。用来检测蓝色组分的光电二极管 PDl和用来检测红色组分的光电二极管PD2也是对角地布置的。当实际实现4T-4S步进和重复单位像素200时，光电二极管布置在与在图2的电 路图中示出的位置相同的位置上。因此，4T-4S步进和重复单位像素200具有通过合并四个 最邻近的光电二极管得到的方形结构。图3是另一种传统的4T-4S步进和重复单位像素的电路图。参见图3，4T_4S步进和重复单位像素300包括四个光电二极管PDO和PD3，用于 接收图像信号；四个传输晶体管M21、M22、M23和M24，用于转换从光电二极管PDO到PD3产 生的图像信号；和共同的图像信号转换电路125、1126、1127，用于将所检测的图像电荷转换 成对应的电信号。传输控制信号TX00、TX10、TX20和Τχ30分别施加给传输晶体管Μ21、Μ22、 Μ23 禾口 Μ24。当实际实现4T-4S步进和重复单位像素300时，将光电二极管布置在与图3的电 路图中示出的位置相同的位置上。因此，4T-4S步进和重复单位像素200具有通过将四个 竖直地布置到单个单元内的光电二极管的合并而得到的结构。4T-4S步进和重复单位像素 300具有矩形结构，并且将传输控制信号TxOO、TxlO, Τχ20和Τχ30分别施加到连接到四个 光电二极管的传输晶体管Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的栅极。将图2和图3的4T-4S步进和重复单位像素200和300互相比较，图2的4T-4S 步进和重复单位像素200是通过合并在两条水平线上布置的全体四个光电二极管形成的， 每条水平线具有两个光电二极管，而图3的4T-4S步进和重复单位像素300是通过沿着单 条竖直线串联地布置的四个光电二极管形成的。由于这个原因，图2的4T-4S步进和重复 单位像素200需要将传输控制信号施加给两条线0和1，而图3的4T-4S步进和重复单位像 素300需要将传输控制信号施加给4条线0、1、2和3。
发明内容
技术问题如上所述，因为用来检测绿色组分的两个光电二极管是对角地布置的，所以应当 如在图2中所示，将两个光电二极管中的一个布置在第一竖直线上，而应当将另一个光电 二极管布置在第二竖直线上。因此，在由Micro科技有限公司提出的图2的所述4T-4S步 进和重复单位像素200中，交替地启用了用于检测绿色组分的光电二极管和用于检测红色 或蓝色组分的光电二极管。相应地，在处理所述绿色组分中可能存在误差，将该绿色组分被 认为是最重要的颜色组分。通常地，当某一单位像素失效时，可以向从其它相邻的单位像素检测到的图像信 号应用恢复算法，以便补偿所述失效，仿佛失效的单位像素正常工作。另一方面，因为由三 星电子有限公司提出的图3的4T-4S步进和重复单位像素300具有串联地竖直连接的像素 的矩形结构，所以当任一单位像素失效时，在没有变化的情况下不能应用传统的恢复算法。 因此，考虑到前述的布局差异应当重新设计处理电路，并且所述图像传感器的大小也增加。技术方案
本发明提供4T-4S步进和重复单位像素，通过该4T-4S步进和重复单位像素，在处 理所述绿色组分期间几乎不产生误差，并且可以在没有变化的情况下向失效的单位像素施 加传统的恢复算法。此外，本发明提供了图像传感器，该图像传感器包括具有前述优势的多个4T-4S 步进和重复单位像素。根据本发明的一方面，4T-4S步进和重复单位像素包括对于四个光电二极管的扩 散区图案。第二光电二极管扩散区图案提供在从第一光电二极管扩散区图案的右上对角方 向，并且通过扩展将所述第一光电二极管扩散区图案的右上角和所述第二光电二极管扩散 区图案的左下角彼此连接。第三光电二极管扩散区图案提供在所述第二光电二极管扩散区 图案的上面。将第四光电二极管扩散区图案提供在所述第一光电二极管扩散区图案上面从 所述第三光电二极管扩散区图案的左上对角的方向上。通过扩展将所述第三光电二极管扩 散区图案的左上角和所述第四光电二极管扩散区图案的右下角彼此连接。根据本发明的另一方面，4T-4S步进和重复单位像素包括对于光电二极管的四个 扩散区图案。第二光电二极管扩散区图案提供在从第一光电二极管扩散区图案的左上对角 的方向。第三光电二极管扩散区图案提供在所述第一光电二极管扩散区图案上面从所述第 二光电二极管扩散区图案的右上对角方向。第四光电二极管扩散区图案提供在所述第二光 电二极管扩散区图案上面从所述第三光电二极管扩散区的左上对角方向。通过扩展将所述 第一和第二光电二极管扩散区图案的最邻近的角彼此连接，并且通过扩展将所述第三和第 四光电二极管扩散区图案的最邻近的角彼此连接。根据本发明的再一方面，提供了图像传感器，所述图像传感器包括在水平的和竖 直的方向上布置的多个4T-4S步进和重复单位像素，该单位像素中的每一个均具有第一 光电二极管扩散区图案；第二光电二极管扩散区图案，提供在从所述第一光电二极管扩散 区图案在对角线的方向上；第三光电二极管扩散区图案，提供在所述第二光电二极管扩散 区图案上面；和第四光电二极管扩散区图案，提供在所述第一光电二极管扩散区图案上面从所述第三光电二极管扩散区图案在对角线的方向上，其中，在所述4T-4S步进和重复单 位像素中的一个中，将绿色滤色镜提供在所述第一和第二光电二极管扩散区图案之上，将 红色滤色镜提供在所述第三光电二极管扩散区图案之上，并且将蓝色滤色镜提供所述第四 光电二极管扩散区图案之上，和其中，在另一个相邻的4T-4S步进和重复单位像素中，将红 色滤色镜提供在所述第一光电二极管扩散区图案之上，将蓝色滤色镜提供在所述第二光电 二极管扩散区图案之上，并且将绿色滤色镜提供在所述第三和第四光电二极管扩散区图案 之上。根据本发明的又一方面，提供了图像传感器，所述图像传感器包括在水平和竖直 方向上布置的多个4T-4S步进和重复单位像素，所述单位像素中的每一个均具有第一光 电二极管扩散区图案；从所述第一光电二极管扩散区图案在对角的方向上提供的第二光电 二极管扩散区图案；在所述第一光电二极管扩散区图案上面从所述第二光电二极管扩散区 图案在对角的方向上提供的第三光电二极管扩散区图案；和在所述第二光电二极管扩散区 图案上面从所述第三光电二极管扩散区图案在对角的方向上提供的第四光电二极管扩散 区图案，其中，在所述4T-4S步进和重复单位像素其中之一中，将绿色滤色镜提供在所述第 一、第二、第三和第四光电二极管扩散区图案之上，并且其中，在另一个相邻的4T-4S步进 和重复单位像素中，将蓝色滤色镜提供在所述第一和第三光电二极管扩散区图案之上，而 将红色滤色镜提供在所述第二和第四光电二极管扩散区图案之上。有益效果根据本发明的所述4T-4S步进和重复单位像素是通过将四个4T单位像素合并到 单个单位像素中并且允许四个单位像素共享共同的图像信号转换电路得到的。因此，使每 个像素需要的晶体管的数量降低到1. 75。假设其它条件是相同的，则与仅两个4T单位像素 共同地共享单个图像信号转换电路的情况比较，可以由所述光电二极管占有的面积增加。 这将提高所述图像传感器的所述开口率。因为用来检测来自图像信号的仅绿色组分的四个 光电二极管是由单个共同的图像信号转换电路处理的，所以当绿色组分是从不同的单位像 素检测到的并且处理时，可能使可能产生的数据处理误差最小化。此外，在没有变化的情况 下可能向任一失效的单位像素应用传统的恢复算法，以允许处理失效的像素仿佛失效的单 位像素正常操作。
通过参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其它特征和 优势将变得更清楚，其中图1示出生成传统的4T-4S步进和重复单位像素的过程；图2是传统的4T-4S步进和重复单位像素的电路图；图3是传统的4T-4S步进和重复单位像素的另一电路图；图4是根据本发明的第一实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图；图5是根据第一实施方式的图4的4T-4S步进和重复单位像素的电路图；图6是根据本发明的第二实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图；图7是根据第二实施方式的图6的4T-4S步进和重复单位像素的电路图；图8是根据本发明的第三实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图9是根据第三实施方式的图8的4T-4S步进和重复单位像素的电路图；图10是根据本发明的第四实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图；图11是根据第四实施方式的图10的4T-4S步进和重复单位像素的电路图；图12是4T-4S步进和重复单位像素的布局图，在图中，将接触区和金属线进一步提供在活性扩散区图案和图5的栅极层上；和图13是4T-4S步进和重复单位像素的布局图，在图中，将接触区和金属线进一步 提供在活性扩散区图案和图7的栅极层上。
具体实施例方式在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。图4是根据本发明的第一实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图。图5是根据第一实施方式的图4的4T-4S步进和重复单位像素的电路图。应当注意到，已经考虑到图4的光电二极管的位置关系绘出图5的电路，并且从电 路理论的观点看图5的电路与图2和图3的电路没有什么不同。还可以将这种概念应用到 后面将描述的图7、图9和图11中。参见图4，在根据第一实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图案中，对于 四个光电二极管的扩散区图案PDl到PD4和对于图像信号转换电路的扩散区图案Dl到D3 是由实线限定的。将四个传输晶体管M21、M22、M23和M24提供在对于光电二极管的光电 二极管扩散区图案PDl到PD4是彼此连接的部分中。在本发明中，参考符号G表示绿色，参 考符号R表示红色，并且参考符号B表示蓝色。这意味着具有在括号中的参考符号R、G或 B的光电二极管从图像信号检测对应的颜色组分。应当注意到，在下文中，虽然没有专门限 定，但是在引用了相应的光电二极管的任何时候，不管是否明显地标记了参考符号R、G和 B，这个意义将是一致地适用的。实际上，将滤色镜提供在光电二极管之上，以便允许光电二极管中的每个检测绿 色、红色和蓝色组分中的其中之一。也就是说，参见图4，绿色滤色镜提供在第一和第二光电 二极管PDl和PD2之上，并且红色和蓝色滤色镜分别提供在第三和第四光电二极管PD3和 PD4之上。第二光电二极管扩散区图案PD2提供在从第一光电二极管扩散区图案PDl的右上 对角的方向上。通过延展将第一光电二极管扩散区图案PDl的右上角和第二光电二极管扩 散区图案PD2的左下角彼此连接。第三光电二极管扩散区图案PD3提供在第二光电二极管 扩散区图案PD2上面。第四光电二极管扩散区图案PD4提供在第一光电二极管扩散区图案 PDl上面从第三光电二极管扩散区图案PD3的左上对角的方向上。通过延展将第三光电二 极管扩散区图案PD3的左上角和第四光电二极管扩散区图案PD4的右下角彼此连接。将第一扩散区图案Dl提供在第二和第三光电二极管扩散区图案PD2和PD3之间。 将第二扩散区图案D2提供在第一扩散区图案Dl的左侧中第二和第三光电二极管扩散区图 案PD2和PD3之间。将第三扩散区图案D3提供在第三光电二极管扩散区图案PD3上面从 第四光电二极管扩散区图案PD4的右上对角线的方向上。在图4中，栅极图案是由虚线限定的。将对于第一传输晶体管M21的栅极图案提 供在第一光电二极管扩散区图案PDl的角附近，并且将对于第二传输晶体管M22的栅极图案提供在第一光电二极管扩散区图案PDl的右上角和第二光电二极管扩散区图案PD2的左 下角之间的延伸中靠近第二光电二极管扩散区图案PD2的位置处。将对于第三传输晶体管 M23的栅极图案提供在第三光电二极管扩散区图案PD3的附近，并且将对于第四传输晶体 管M24的栅极图案提供在第三光电二极管扩散区图案PD3的左上角和第四光电二极管扩散 区图案PD4的右下角之间的延伸中靠近第四光电二极管扩散区图案PD4的位置处。 将对于复位晶体管M25、转换晶体管M26和选择晶体管M27的栅极图案分别提供在 第一、第二和第三扩散区图案Dl、D2和D3上。参见图4和图5，在形成前述的栅极图案之后完成所有的处理之后，将第一、第二、 第三和第四传输控制信号TxOO、TxlU Τχ21和Τχ30分别施加到传输晶体管Μ21、Μ22、Μ23 和Μ24的栅极。此外，将复位信号Rx施加到复位晶体管Μ25的栅极。传输晶体管Μ21、Μ22、 Μ23和Μ24的共同端和复位晶体管Μ25的终端连接到转换晶体管Μ26的栅极。将选择信号 Sx施加到选择晶体管Μ27的栅极。四个传输控制信号的标号的前者表示水平线号，后者表示竖直线号。因此，第一传 输控制信号TxOO启用位于第一水平线0和第一竖直线0上的第一传输晶体管Μ21。类似地， 第二传输控制信号Txll启用位于第二水平线1和第二竖直线1上的第二传输晶体管Μ22， 第三传输控制信号Τχ21启用位于第三水平线2和第二竖直线1上的第三传输晶体管Μ23， 并且第四传输控制信号Τχ30启用位于第四水平线3和第一竖直线0上的第四传输晶体管 Μ24。当将图4的4T-4S步进和重复单位像素400的第一、第二、第三和第四传输晶体管 Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的栅极分别连接到四条不同的信号线TxOO、Txll、Τχ21和Τχ30时，图 2的传统的4T-4S步进和重复单位像素200的第一、第二、第三和第四传输晶体管Μ21、Μ22、 Μ23和Μ24的栅极连接到两条不同的信号线TxO和Txl。根据本发明的4T-4S步进和重复单位像素400和传统的4T-4S步进和重复单位像 素300在依以下方面是彼此类似的，S卩，第一、第二、第三和第四传输晶体管Μ21、Μ22、Μ23和 Μ24的栅极分别连接到四条不同的信号线TxO、Txl、Tx2和Τχ3。但是，光电二极管的位置不 同如下。 在图3的传统的4T-4S步进和重复单位像素300中，将沿着单条竖直线0横跨四条 水平线0到3排列的四个光电二极管合并成单个单位像素。但是，在根据本发明的图4的 4T-4S步进和重复单位像素400中，将沿着两条竖直线0和1横跨四条水平线0到3布置 的四个光电二极管合并成单个单位像素。因为两个光电二极管是布置在对角的方向上的， 所以与图3的单位像素比较，相邻的单位像素之间的面积增加。因此，即使当相应的单位像 素失效时，可以使用传统的恢复算法处理信号，仿佛失效的单位像素正常地操作。应当注意 至IJ，单位像素失效的情况包括所有的晶体管都失效以及单位像素的晶体管其中之一失效。图6是根据本发明的第二实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图。图7是根据第二实施方式的图6的4T-4S步进和重复单位像素的电路图。参见图6，在根据第二实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图中，对于四 个光电二极管的扩散区图案PDl到PD4和对于图像信号转换电路的扩散区图案Dl到D3是 由实线限定的。将四个传输晶体管Μ21、Μ22、Μ23和Μ24横跨光电二极管扩散区图案PDl到 PD4的各个延伸提供。
第二光电二极管扩散区图案PD2提供在从第一光电二极管扩散区图案PDl在左上 对角线的方向上。第三光电二极管扩散区图案PD3提供在第一光电二极管扩散区图案PDl 上面从第二光电二极管扩散区图案PD2在右上对角线的方向上。第四光电二极管扩散区图 案PD4提供在第二光电二极管扩散区图案PD2上面从第三光电二极管扩散区图案PD3在左 上对角线的方向上。第一扩散区图案Dl提供在第三光电二极管扩散区图案PD3下面从第二光电二极 管扩散区图案PD2在右上对角线的方向上。第二扩散区图案D2提供在第三光电二极管扩 散区图案PD3下面从第一扩散区图案Dl在右上对角线的方向上。第三扩散区图案D3提供 在第三光电二极管扩散区图案PD3上面从第四光电二极管扩散区图案PD4在右上对角线的 方向上。通过延伸将第三光电二极管扩散区图案PDl的左上角和第四光电二极管扩散区 图案PD2的右下角彼此延伸。类似地，通过延伸将第三光电二极管扩散区图案PD3的左上 角和第四光电二极管扩散区图案PD4的右下角彼此连接。在图6中，栅极图案是由虚线限定的。对于第一传输晶体管M21的栅极图案提供 在靠近第一光电二极管扩散区图案PDl的角的位置处，对于第二传输晶体管M22的栅极图 案提供在横跨共同的扩散区图案靠近第二光电二极管扩散 区图案PD2的角的位置处，该共 同的扩散区图案通过延伸将第一和第二光电二极管扩散区图案PDl和PD2彼此连接。对于 第三传输晶体管M23的栅极图案提供在靠近第三光电二极管扩散区图案PD3的角的位置 处，并且对于第四传输晶体管M24的栅极图案提供在横跨共同的扩散区图案靠近第四光电 二极管扩散区图案PD4的角的位置处，该共同的扩散区图案通过延伸将第三和第四光电二 极管扩散区图案PD3和PD4彼此连接。对于复位晶体管M25、转换晶体管M26和选择晶体管M27的栅极，分别提供了第一、 第二和第三扩散区图案Dl、D2和D3。虽然在图6中没有示出，但是在形成了前述的栅极图案之后完成所有处理之后， 将第一、第二、第三和第四传输控制信号TxOl、TxlO, Tx21和Τχ30分别施加到传输晶体管 Μ21、Μ22、Μ23和Μ24的栅极。此外，向复位晶体管Μ25的栅极施加复位信号Rx。将传输晶 体管M21、M22、M23和M24的共同端和复位晶体管M25的终端连接到转换晶体管M26的栅 极。将选择信号Sx施加到选择晶体管M27的栅极。参见图6和图7，将第一传输控制信号TxOl施加到位于第一水平线0和第二竖直 线1上的第一传输晶体管M21的栅极。将第二传输控制信号TxlO施加到位于第二水平线 1和第一竖直线0上的第二传输晶体管M22。将第三传输控制信号Tx21施加到位于第三水 平线2和第二竖直线1上的第三传输晶体管Μ23的栅极。将第四传输控制信号Τχ30施加 到位于第四水平线3和第一竖直线0上的第四传输晶体管Μ24的栅极。参见图6，第一、第二、第三和第四光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4用来从施加到图 像传感器的图像信号检测绿色组分，如果在相应的光电二极管之上提供了绿色滤色镜。这 反映在括号中的参考符号G中。也就是，根据第二实施方式的图6的4T-4S步进和重复单 位像素的四个光电二极管可以用来检测来自图像信号的绿色组分。在这个情况中，因为单 个单位像素的所有光电二极管都用来检测相同的颜色组分，即，绿色组分，所以可能使数据 处理误差最小化。此外，可能将四个光电二极管的图案的不一致性补偿到某一程度。
在图6中，根据第二实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的全部四个光电二极 管都检测绿色组分。但是，如果在根据第二实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的光电 二极管的之上提供了红色或者蓝色滤色镜，则也可以从图像信号中检测红色或者蓝色组 分。虽然在图6中没有示出，但是如果将蓝色和红色滤色镜适当地提供在相邻单位像素的 光电二极管之上，该相邻单位像素邻接在光电二极管之上仅具有绿色滤色镜的单位像素， 那么图像传感器可以从图像信号中检测蓝色和红色组分以及绿色组分。例如，在第一和第 三光电二极管PDl和PD3之上可以提供蓝色滤色镜，并且在第二和第四光电二极管PD2和 PD4之上可以提供红色滤色镜。在相邻的单位像素中，该相邻的单位像素具有在光电二极管之上适当地提供的蓝 色和红色滤色镜并且邻接仅具有绿色滤色镜的单位像素，第一、第二、第三和第四传输控制 信号TxOl、TxlO、Tx21和Τχ30将分别施加到第一、第二、第三和第四传输晶体管的栅极。图8是根据本发明的第三实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图。图9是根据第三实施方式的图8的4T-4S步进和重复单位像素的电路图。参见图8，关于连接第一光电二极管PDl与第四光电二极管PD4的虚拟y轴，根据 第三实施方式的4T-4S步进和重复单位像素800对于根据第一实施方式的图4的4T-4S步 进和重复单位像素是对称的。优选地，在对应的光电二极管之上提供了滤色镜，使得从图像 信号，第一光电二极管可以检测红色组分，第二光电二极管PD2可以检测蓝色组分，并且第 三和第四光电二极管PD3和PD4可以检测绿色组分。第一、第二、第三和第四传输控制信号TxOl、TxlO、Tx20和Τχ31分别施加到位于 第一水平线0和第二竖直线1上的第一传输晶体管Μ21、位于第二水平线1和第一竖直线0 上的第二传输晶体管Μ22、位于第三水平线2和第一竖直线0上的第三传输晶体管Μ23和位 于第四水平线3和第二竖直线1上的第四传输晶体管Μ24的栅极。因为在根据第一和第三实施方式的图4和图8的4T-4S步进和重复单位像素400 和800之间光电二极管的位置是对称的，所以施加给连接到光电二极管的对应的传输晶体 管的传输控制信号也不同。也就是说，当将传输控制信号TxOl、TxlO、Tx20和Τχ31施加给 图8的传输晶体管时，传输控制信号ΤΧ00、ΤΧ11、ΤΧ21和Τχ30施加给图4的传输晶体管。图10是根据本发明的第四实施方式的4T-4S步进和重复单位像素的布局图。图11是根据第四实施方式的图10的4T-4S步进和重复单位像素的电路图。参见图10，关于穿过图中央的虚拟的y轴，根据第四实施方式的4T-4S步进和重 复单位像素1000对根据第二实施方式的图6的4T-4S步进和重复单位像素是对称的。优 选地，将滤色镜提供在对应的光电二极管之上，使得从图像信号，第一和第三光电二极管 PDl(B)和PD3(B)可以检测蓝色组分，并且第二和第四光电二极管PD2 (R)和PD4(R)可以检 测红色组分。第一、第二、第三和第四传输控制信号TxOO、TxlU Τχ20和Τχ31分别施加给位于 第一水平线0和第一竖直线0上的第一传输晶体管Μ21、位于第二水平线1和第二竖直线1 上的第二传输晶体管Μ22、位于第三水平线2和第一竖直线0上的第三传输晶体管Μ23和位 于第四水平线3和第二竖直线1上的第四传输晶体管Μ24的栅极。因为在根据第二和第四实施方式的图6和图10的4T-4S步进和重复单位像素之 间光电二极管的位置是对称的，所以施加给连接到光电二极管的相应的传输晶体管的传输控制信号也不同。也就是说，当将传输控制信号TX00、Txll、Tx20和Τχ31施加给图10的四 个传输晶体管时，传输控制信号TxOl、TxlO、Tx21和Τχ30施加给图6的四个传输晶体管。图12是4T-4S步进和重复单位像素的布局图，在图中，将接触区和金属线进一步 提供在活性扩散区图案和图5的栅极层上。图13是4T-4S步进和重复单位像素的布局图，在图中，将接触区和金属线提供在 活性扩散区图案和图7的栅极层上。参见图12和图13，带有X的框指的是接触区，因为这对本领域的技术 人员是明显 的，因此将不对接触区进行更详细的描述。如上面描述的，因为四个像素共享具有三个晶体管Μ25、Μ26和Μ27的共同的图像 信号转换电路，所以每个像素需要的晶体管的数量变成1.75。如果其它条件是相同的，与仅 两个像素共同地共享单个图像信号转换电路的情况比较，可以由光电二极管占有的面积增 力口。这将提高图像传感器的开口率。尽管已经参考本发明的示例性实施方式详细地示出和描述了本发明，但是本领域 的技术人员将理解，在没有背离权利要求限定的本发明的精神和保护范围的条件下可以在 本发明中进行多种形式和细节上的变化。
权利要求
一种4T-4S步进和重复单位像素，包括第一光电二极管扩散区图案；第二光电二极管扩散区图案，提供在从所述第一光电二极管扩散区图案在右上对角线的方向上；第三光电二极管扩散区图案，提供在所述第二光电二极管扩散区图案上面；和第四光电二极管扩散区图案，提供在所述第一光电二极管扩散区图案上面从所述第三光电二极管扩散区在左上对角线的方向上。
2.根据权利要求1所述的4T-4S步进和重复单位像素，进一步包括第一扩散区图案，提供在所述第二和第三光电二极管扩散区图案之间；第二扩散区图案，提供在所述第一扩散区图案旁边在所述第二和第三光电二极管扩散 区图案之间；和第三扩散区图案，提供在所述第三光电二极管扩散区图案上面从所述第四光电二极管 扩散区图案在对角线的方向上。
3.根据权利要求1所述的4T-4S步进和重复单位像素，其中，通过延伸将所述第一和第二光电二极管扩散区图案的最邻近的角彼此连接，和其中，通过延伸将所述第三和第四光电二极管扩散区图案的最邻近的角彼此连接。
4.根据权利要求3所述的4T-4S步进和重复单位像素，其中，第一传输晶体管提供在靠近所述第一光电二极管扩散区图案的角的位置处，第 二传输晶体管提供在共同的扩散区图案中靠近所述第二光电二极管扩散区图案的角的位 置处，所述共同的扩散区图案通过延伸将所述第一和第二光电二极管扩散区图案彼此连 接，其中，第三传输晶体管提供在靠近所述第三光电二极管扩散区图案的角的位置处，第 四传输晶体管提供在共同的扩散区图案中靠近所述第四光电二极管扩散区图案的角的位 置处，所述共同的扩散区图案通过延伸将所述第三和第四光电二极管扩散区图案彼此连 接，和其中，第一、第二、第三和第四传输控制信号施加到所述第一、第二、第三和第四传输晶 体管的栅极。
5.根据权利要求4所述的4T-4S步进和重复单位像素，其中，所述第一传输控制信号启用位于第η水平线和第η竖直线上的传输晶体管，其中，所述第二传输控制信号启用位于第(η+1)水平线和第(η+1)竖直线上的传输晶 体管，其中，所述第三传输控制信号启用位于第(η+2)水平线和第(η+l)竖直线上的传输晶 体管，和其中，所述第四传输控制信号启用位于第(η+3)水平线和第η竖直线上的传输晶体管 (其中，η表示任何整数)。
6.根据权利要求2所述的4T-4S步进和重复单位像素，其中，将复位晶体管实现在所述第一扩散区图案中，将转换晶体管实现在所述第二扩 散区图案中，并且将复位晶体管实现在所述第三扩散区图案中，并且其中，将选择控制信号施加到所述复位晶体管的栅极，并且将选择信号施加到所述选择晶体管的栅极。
7. 一种图像传感器，包括在水平和竖直方向上布置的多个4T-4S步进和重复单位像 素，每个单位像素均具有第一光电二极管扩散区图案；第二光电二极管扩散区图案，提供在从所述第一光电二极管扩散区图案在右上对角线 的方向上；第三光电二极管扩散区图案，提供在所述第二光电二极管扩散区图案上面；和 第四光电二极管扩散区图案，提供在所述第一光电二极管扩散区图案上面从所述第三 光电二极管扩散区图案在左上对角线的方向上，其中，在所述4T-4S步进和重复单位像素中的一个中，将绿色滤色镜提供在所述第一 和第二光电二极管扩散区图案之上，将红色滤色镜提供在所述第三光电二极管扩散区图案 之上，并且将蓝色滤色镜提供所述第四光电二极管扩散区图案之上，和其中，在另一个相邻的4T-4S步进和重复单位像素中，将红色滤色镜提供在所述第一 光电二极管扩散区图案之上，将蓝色滤色镜提供在所述第二光电二极管扩散区图案之上， 并且将绿色滤色镜提供在所述第三和第四光电二极管扩散区图案之上。
全文摘要
公开的是在图像传感器中使用的4T-4S步进和重复单位像素和具有该单位像素的图像传感器。4T-4S步进和重复单位像素具有用于光电二极管的四个扩散区图案和用于图像信号转换电路的三个扩散区图案。通过使用彼此在对角线的方向上布置的四个光电二极管和靠近光电二极管的边缘在光电二极管之间布置的三个扩散区图案，图像传感器的开口率增加到最大。
文档编号H04N5/3745GK101821850SQ200880111237
公开日2010年9月1日 申请日期2008年10月14日 优先权日2007年10月15日
发明者李道永 申请人:(株)赛丽康