CN108242449A - 图像传感器及包括其的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及图像传感器及包括其的电子装置。一种图像传感器包括：包含共用像素的像素区域，其中共用像素的每个包括组成组并共用浮置扩散(FD)区域的至少两个光电二极管；以及与像素区域相邻的晶体管(TR)区域，其中TR区域包括对应于共用像素的晶体管组，其中，当第一共用像素和第二共用像素在第一方向上彼此相邻布置时，对应于第一共用像素的第一TR组和对应于第二共用像素的第二TR组共用第一选择TR的源极区域。

Description

图像传感器及包括其的电子装置
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，更具体地，涉及具有共用像素结构的图像传感器及包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
图像传感器检测并传递构成图像的信息。图像传感器包括布置成二维阵列的多个单元像素。例如，所述多个单元像素中的每个包括一个光电二极管和多个像素晶体管。所述多个像素晶体管可以包括传输晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。随着像素尺寸减小，在图像传感器中已经采用了共用像素结构以增加光电二极管的面积。在共用像素结构中，像素晶体管由多个像素共用。例如，若干像素共用像素晶体管，因此，每单元像素的像素晶体管的数量减少并且光电二极管的面积增加。
发明内容
根据本发明构思的一示例性实施方式，提供一种图像传感器，其包括：包括共用像素的像素区域，其中共用像素的每个包括形成组并共用浮置扩散(FD)区域的至少两个光电二极管；以及与像素区域相邻的晶体管(TR)区域，其中TR区域包括对应于共用像素的晶体管组，其中，当第一共用像素和第二共用像素在第一方向上彼此相邻布置时，对应于第一共用像素的第一TR组和对应于第二共用像素的第二TR组共用第一选择TR的源极区域。
根据本发明构思的一示例性实施方式，提供一种图像传感器，其包括：第一共用像素，其包括共用第一浮置扩散(FD)区域的四个光电二极管；第二共用像素，其在第一方向上与第一共用像素相邻设置并且包括共用第二FD区域的四个光电二极管；第一晶体管(TR)组，其与第一共用像素相邻设置并且包括沿第一方向顺序布置的第一复位TR、第一源极跟随器TR和第一选择TR；以及第二TR组，其与第二共用像素相邻设置并且包括沿第一方向顺序布置的第二选择TR、第二源极跟随器TR和第二复位TR，其中第一选择TR和第二选择TR共用源极区域。
根据本发明构思的一示例性实施方式，提供一种图像传感器，其包括：第一共用像素，其包括共用浮置扩散(FD)区域的八个光电二极管，该八个光电二极管形成四个光电二极管对，所述光电二极管对中的每个包括沿第一方向排列的两个相邻光电二极管；以及第一晶体管(TR)组，其与第一共用像素相邻设置并且包括沿交叉第一方向的第二方向顺序布置的顶选择TR、顶源极跟随器TR、顶复位TR、底复位TR、底源极跟随器TR和底选择TR，其中第一TR组关于由顶复位TR和底复位TR共用的等效FD区域具有镜像对称结构。
根据本发明构思的一示例性实施方式，提供一种图像传感器，其包括：像素单元，其包括像素区域和晶体管(TR)区域，像素区域包括布置成二维阵列的共用像素，所述共用像素每个包括形成组并共用浮置扩散(FD)区域的至少两个光电二极管，TR区域包括与共用像素相邻且对应于共用像素的晶体管组；以及设置在像素单元周围的外围电路，其中，当第一共用像素和第二共用像素沿第一方向彼此相邻设置时，第一TR组对应于第一共用像素，并且第二TR组对应于第二共用像素，以及第一TR组的选择TR和第二TR组的选择TR共用源极区域。
根据本发明构思的一示例性实施方式，提供一种电子装置，其包括：光学系统；图像传感器；以及信号处理器电路，其中图像传感器包括包含像素区域和晶体管(TR)区域的像素单元，以及设置在像素单元周围的外围电路，包括形成组并共用浮置扩散(FD)区域的至少两个光电二极管的共用像素按照二维阵列布置在像素区域中，并且对应于共用像素的每个的TR组被设置在TR区域中，并且两个相邻TR组的选择TR共用源极区域。
根据本发明构思的一示例性实施方式，提供一种图像传感器，其包括：包括多个光电二极管的第一共用像素；包括多个光电二极管的第二共用像素；与第一共用像素相邻设置的第一晶体管组；以及与第二共用像素相邻设置的第二晶体管组，其中第一晶体管组包括第一选择晶体管，并且第二晶体管组包括第二选择晶体管，以及其中所述第一选择晶体管和第二选择晶体管的源极区域将所述第一选择晶体管和第二选择晶体管彼此连接。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施方式，本发明构思的以上及其它特征将被更清楚地理解，附图中：
图1A是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图；
图1B是根据本发明构思的一示例性实施方式的对应于图1A所示的图像传感器的共用像素和晶体管组的等效电路图；
图2是根据本发明构思的一示例性实施方式的图1A所示的图像传感器的像素单元的主要部分的示意性俯视图；
图3A和3B是根据本发明构思的一示例性实施方式的，分别沿图2的线I-I'和II-II'截取的图1A的图像传感器的剖视图；
图4是根据本发明构思的一示例性实施方式的图1A的图像传感器的像素单元的主要部分的放大图；
图5是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的剖视图，其对应于图3B；
图6是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图；
图7A是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图；
图7B是根据本发明构思的一示例性实施方式的对应于图7A所示的图像传感器的共用像素和晶体管组的等效电路图；
图8A是根据本发明构思的一示例性实施方式的图7A的图像传感器的像素单元的主要部分的示意性俯视图；
图8B是根据本发明构思的一示例性实施方式的沿图8A的线III-III'截取的图像传感器的剖视图；
图9是根据本发明构思的一示例性实施方式的图7A的图像传感器的像素单元的主要部分的放大图；
图10是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图；
图11是根据本发明构思的一示例性实施方式的图10的图像传感器的像素单元的主要部分的示意性俯视图；
图12是示意性地示出根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的构造的视图；以及
图13是示意性地示出根据本发明构思的一示例性实施方式的包括图像传感器的电子装置的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明构思的示例性实施方式。在附图中，相同的附图标记可以用于相同的元件，并且其重复的描述可以被省略。
图1A是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图，图1B是根据本发明构思的一示例性实施方式的，对应于图1A所示的图像传感器的共用像素和晶体管组的等效电路图。
参照图1A和1B，根据本实施方式的图像传感器100可以在像素单元(例如参照图12的附图标记420)内包括像素区域PA和晶体管(TR)区域TA。共用像素110被布置在像素区域PA中，TR组120可以被布置在TR区域TA中。
两个共用像素110可以沿着第二方向(y方向)彼此相邻布置。尽管在图1A和图1B中仅示出了两个共用像素110，但是如图12所示，具有二维阵列结构的多个共用像素110可以沿着第一方向(x方向)和第二方向(y方向)布置在像素单元420中。
在根据本实施方式的图像传感器100中，四个像素可以构成一个共用像素110。例如，第一共用像素110-1可以具有其中第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4共用一个浮置扩散(FD)区域(例如参照图2的附图标记130)同时围绕FD区域130的结构。第二共用像素110-2也可以具有其中第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4共用FD区域130的结构。
在共用像素110中的一个内，FD区域130的由第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4的共用可以涉及使用对应于四个光电二极管PD1至PD4的传输TR。这能由图1B的等效电路图发现。例如，对应于第一光电二极管PD1的第一传输TR Tr11、对应于第二光电二极管PD2的第二传输TRTr12、对应于第三光电二极管PD3的第三传输TR TR13和对应于第四光电二极管PD4的第四传输TR Tr14可以共用作为公共漏极区域的FD区域130。
因此，在共用像素110中的一个内，第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4可以共用FD区域130中的一个，并且第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4可以共用TR组120中的一个。TR组120可以与像素区域PA相邻并且布置在TR区域TA中，并且在共用像素110的每个中可以设置TR组120中的一个。因此，构成共用像素110中的一个的第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4可以共用TR组120中的一个。TR组120可以包括复位(RS)TR Tr2、源极跟随器(SF)TR Tr3和选择(SEL)TR Tr4。TR组120的TR Tr2、Tr3和Tr4可以在第二方向(y方向)上排列，如图1A所示。
下面将更详细地描述第一TR组120-1。复位TR Tr2可以包括复位栅电极122-1和布置在复位栅电极122-1两侧的源极/漏极区域132-1和134-1。源极跟随器TR Tr3可以包括源极跟随器栅电极124-1和布置在源极跟随器栅电极124-1的两侧的源极/漏极区域134-1和136-1。选择TR Tr4可以包括选择栅电极126-1和布置在选择栅电极126-1两侧的源极/漏极区域136-1和138。复位TR Tr2和源极跟随器TR Tr3可以共用漏极区域134-1，并且被共用的漏极区域134-1可以连接到电源电压Vpix。此外，源极跟随器TR Tr3的源极区域136-1和选择TR Tr4的漏极区域136-1是相同的，并且输出电压Vout可以通过选择TR Tr4的源极区域138输出。第二TR组120-2的选择TR Tr4可以包括选择栅电极126-2以及布置在选择栅电极126-2两侧的源极/漏极区域136-2和138，且第二TR组120-2的复位TR Tr2和源极跟随器TRTr3可以共用漏极区域134-2。
复位TR Tr2的源极区域132-1通过互连180连接到FD区域130，并且相对于FD区域130形成等电位区域。因此，复位TR Tr2的源极区域132-1可以是等效FD区域EFD。此外，源极跟随器栅电极124-1可以通过互连180连接到FD区域130。因此，FD区域130、复位TR Tr2的源极区域132-1和源极跟随器栅电极124-1可以形成等电位区域。
关于TR Tr1、Tr2、Tr3和Tr4之间的连接关系，参照图1B的等效电路图，第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4可以连接到对应的第一传输TR Tr11至第四传输TR TR14的源极区域。第一传输TR Tr11至第四传输TR Tr14中的每个的漏极区域可以连接到复位TRTr2的源极区域132-1。第一传输TR Tr11至第四传输TR Tr14的公共漏极区域可以对应于FD区域130。FD区域130可以连接到源极跟随器TR Tr3的栅电极124-1。如图1A所示，复位TRTr2的漏极区域134-1和源极跟随器TR Tr3的漏极区域134-1可以是相同的并且可以连接到电源电压Vpix。此外，源极跟随器TR Tr3的源极区域136-1和选择TR Tr4的漏极区域136-1可以是相同的。垂直信号线(图12的432)可以连接到选择TR Tr4的源极区域138，并且选择TR Tr4的源极区域138的电压可以作为输出电压Vout输出。
第二共用像素110-2可以在第二方向(y方向)上邻近第一共用像素110-1设置，并且第二TR组120-2可以设置在TR区域TA中以对应于第二共用像素110-2。如图1A所示，第一TR组120-1的选择TR Tr4和第二TR组120-2的选择TR Tr4可以共用源极区域138。此外，第一TR组120-1和第二TR组120-2可以相对于选择TR Tr4的源极区域138处于镜像对称(M/S)关系。例如，在第一TR组120-1中沿着第二方向(y方向)复位TR Tr2、源极跟随器TR Tr3和选择TR Tr4可以从等效FD区域EFD起被顺序布置，在第二TR组120-2中沿着第二方向(y方向)选择TR Tr4、源极跟随器TR Tr3和复位TR Tr2可以从源极区域138起被顺序布置。此外，第一TR组120-1的复位TR Tr2和第二TR组120-2的复位TR Tr2可以每个被布置成与用于结隔离的隔离区域140相邻。此外，是源极区域132-1和132-2的等效FD区域EFD可以布置在隔离区域140与复位栅电极122-1和122-2之间。
例如，在根据本实施方式的图像传感器100中，单元共用像素可以包括一个共用像素110和对应于所述一个共用像素110的一个TR组120。此外，与若干共用光电二极管对应的若干传输TR Tr1可以设置在共用像素110中。此外，TR组120的TR Tr2至Tr4和传输TR Tr1也可以被称为像素TR。例如，根据本实施方式的图像传感器100可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。共用像素110和TR组120的结构将关于图2至3B被更详细地描述。
在根据本实施方式的图像传感器100中，共用像素110，例如第一共用像素110-1和第二共用像素110-2，可以沿着第二方向(y方向)彼此相邻地布置，并且对应的第一TR组120-1和第二TR组120-2可以沿着第二方向(y方向)彼此相邻布置。此外，第一TR组120-1的选择TR Tr4和第二TR组120-2的选择TR Tr4可以共用源极区域138，并且第一TR组120-1和第二TR组120-2可以相对于源极区域138处于镜像对称(M/S)关系。
在根据本实施方式的图像传感器100中，具有上述结构的共用像素110和TR组120增大了每单元共用像素的光电二极管的面积并降低了噪声。
在现存的图像传感器中，对应于共用像素的TR组的TR以与其它共用像素的TR组的TR的次序相同的次序布置。在这种情况下，用于结隔离的隔离区域设置在相邻TR组之间。换言之，在现存的图像传感器中，每一个共用像素可以设置用于结隔离的隔离区域。因此，在现存的图像传感器中，由于隔离区域的面积，单元共用像素中的源极跟随器TR Tr3的面积和光电二极管的面积可以被减小。现存的图像传感器的噪声(例如闪烁噪声)与源极跟随器TR Tr3的面积成反比。因此，源极跟随器TR Tr3的面积的减小可以导致现存的图像传感器的噪声的增加。此外，单元共用像素中光电二极管的面积的减少可以导致光电转换效率的降低。此外，在现存的图像传感器中，隔离区域可以是诸如暗电流、白点或随机电报噪声(RTN)的噪声的主要原因。
相反，在根据本实施方式的图像传感器100中，两个相邻的共用像素110和两个对应的相邻的TR组120共用选择TR Tr4的源极区域138并且以镜像对称结构布置使得用于所述两个TR组120之间的结隔离的隔离区域可以被去除。因此，与上述现存的图像传感器相比，根据本实施方式的图像传感器100可以具有降低的噪声和增加的光电转换效率。例如，在根据本实施方式的图像传感器100中，每一个共用像素110可以形成半个隔离区域140。每一个共用像素110的半个隔离区域140的布置将关于图4被更详细地描述。
图2是根据本发明构思的一示例性实施方式的，图1A的图像传感器100的像素单元420的主要部分的示意性俯视图。图3A和3B是根据本发明构思的示例性实施方式的，沿图2的线I-I'和II-II'截取的图像传感器100的剖视图。
参照图2至3B，根据本实施方式的图像传感器100可以具有共用像素110共用一个FD区域130的结构，该FD区域130由第一光电二极管PD1至第四光电二极管PD4四个像素围绕。四个光电二极管PD1至PD4可以具有其中两个光电二极管PD1和PD2或者PD3和PD4在第一方向(x方向)上彼此相邻布置且两个光电二极管PD1和PD4或者PD2和PD3在第二方向(y方向)上彼此相邻布置的矩形结构。如能自图12的像素单元420看出那样，共用像素110可以被布置成二维阵列结构，其中多个共用像素110沿着第一方向(x方向)和第二方向(y方向)布置。
对应于四个光电二极管PD1至PD4的四个传输TR Tr11至Tr14可以布置在共用像素110的中央部分，并且四个传输TR Tr11至Tr 14可以共用作为公共漏极区域的FD区域130。例如，四个传输TR Tr11至Tr14中的每个可以包括光电二极管PD1、PD2、PD3或PD4、传输栅电极128a、128b、128c或128d、以及FD区域130。传输TR Tr11至Tr14被布置使得在四个光电二极管PD1至PD4中产生的电荷可以经由传输TR Tr11至Tr14累积在FD区域130中。
对应的TR组120可以邻近共用像素110布置在TR区域(图1A的TA)中。TR组120可以沿着第二方向(y方向)连续布置，并且可以沿第一方向(x方向)与共用像素110交替布置。TR组120的复位TR Tr2、源极跟随器TR Tr3和选择TR Tr4可以沿第二方向(y方向)排列。
将参照图3A和3B更详细地描述共用像素110和TR组120。第一TR组120-1将被主要描述。光电二极管PD1至PD4和像素TR Tr1至Tr4可以形成在半导体衬底101中形成的p型半导体阱区域102中。像素TR Tr1至Tr4可以包括传输TR Tr1以及TR组120的TR Tr2、Tr3和TR4。例如，半导体衬底101可以是n型半导体衬底。然而，半导体衬底101不限于n型半导体衬底。p型半导体阱区域102可以形成在半导体衬底101中，并且光电二极管PD1至PD4和像素TRTr1至Tr4可以形成在p型半导体阱区域102中。光电二极管PD1至PD4中的每个可以形成在半导体衬底101的表面上的p型半导体区域112和p型半导体区域112下方的n型半导体区域114中。p型半导体区域112可以是p型高浓度杂质区域。传输TR Tr11至Tr 14的每个可以包括形成为n型半导体区域的FD区域130、对应的光电二极管PD1至PD4以及对应的传输栅电极128a至128d，并且传输栅电极128a至128d可以形成在栅极绝缘层104上。FD区域130可以是n型高浓度杂质区域。
复位TR Tr2可以包括一对源极/漏极区域132-1和134-1以及复位栅电极122-1。复位栅电极122-1可以形成在栅极绝缘层104上。源极跟随器TR Tr3可以包括一对源极/漏极区域134-1和136-1以及在栅极绝缘层104上的源极跟随器栅电极124-1。选择TR Tr4可以包括一对源极/漏极区域136-1和138以及在栅极绝缘层104上的选择栅电极126-1。
尽管图3A和3B中未示出，但是FD区域130可以通过互连180电连接到复位TR Tr2的源极区域132-1(例如等效FD区域EFD)和源极跟随器栅电极124-1。
其中光电二极管PD1至PD4彼此隔离的第一隔离区域150P可以形成在像素区域(图1的PA)中。第一隔离区域150P可以包括在第一隔离区域150P的表面上的绝缘层152和在绝缘层152下方的半导体层154。例如，绝缘层152可以是氧化物层，诸如硅氧化物(SiO2)层。例如，半导体层154可以是p型高浓度杂质层。
其中TR组120的TR Tr2、Tr3和Tr4与光电二极管PD1至PD4隔离的第二隔离区域150T可以形成在TR区域(图1的TA)中。第二隔离区域150T可以包括在第二隔离区域150T的表面上的绝缘层151和在绝缘层151下方的半导体层154。绝缘层151可以是诸如硅氧化物层的氧化物层，并且半导体层154可以是p型高浓度杂质层。用于结隔离的隔离区域140可以被包括在第二隔离区域150T中。例如，用于第一TR组120-1的复位TR Tr2的源极区域132-1与沿第二方向(y方向)在向上方向上(参照图2)布置的另一相邻TR组的复位TR的源极区域之间的结隔离的隔离区域140可以被包括在第二隔离区域150T中。此外，用于第二TR组120-2的复位TR Tr2的源极区域132-2与沿第二方向(y方向)在向下方向上(参照图2)布置的另一相邻TR组的复位TR的源极区域之间的结隔离的隔离区域140可以被包括在第二隔离区域150T中。在一些情况下，隔离区域140也可以与第二隔离区域150T分开形成。
如图3B所示，第一TR组120-1的选择TR Tr4和第二TR组120-2的选择TR Tr4可以共用源极区域138。因此，在第一TR组120-1与第二TR组120-2之间可以不形成用于结隔离的隔离区域。因此，如以上参照图1A和图1B所述，这有助于噪声的降低和每单元共用像素的光电二极管的面积的增加。
在根据本实施方式的图像传感器100中，第一隔离区域150P和第二隔离区域150T中的每个包括绝缘层和高浓度杂质层。然而，第一隔离区域150P和第二隔离区域150T的结构不限于此。例如，形成在像素单元(图12的420)与外围电路单元之间以及在外围电路单元内的隔离区域可以以浅沟槽隔离(STI)结构形成，在浅沟槽隔离(STI)结构中形成在半导体衬底101或半导体阱区域102中的沟槽被绝缘层填充。
多层互连层160可以形成在像素区域PA的光电二极管PD1至PD4上、在FD区域130上、在传输TR Tr11至Tr14的上部上、以及在TR区域TA的TR Tr2至Tr4的上部上。例如，多层互连层160可以包括多个互连162和层间绝缘层164。互连162可以包括互连180的将FD区域130电连接到复位TR Tr2的源极区域132-1和132-2以及源极跟随器栅电极124-1和124-2的部分。
此外，在多层互连层160中可以包括将互连162在垂直方向上彼此连接或将互连162连接到栅电极或源极/漏极区域的垂直接触。例如，如图3B所示，输出垂直接触165可以形成在由第一TR组120-1和第二TR组120-2中的每个的选择TR Tr4共用的源极区域138上，使得互连162可以电连接到源极区域138。例如，连接到源极区域138的互连162可以是垂直信号线(图12的432)的一部分。此外，垂直接触165可以包括互连180的将复位TR Tr2的源极区域132-1和132-2电连接到源极跟随器栅电极124-1和124-2的部分。
在根据本实施方式的图像传感器100中，由于第一TR组120-1和第二TR组120-2共用源极区域138，所以仅一个连接到源极区域138的输出垂直接触165可以被形成。因此，可以减少图像传感器100的输出垂直接触165的数量。例如，在现存的图像传感器中，每一个TR组形成一个输出垂直接触。然而，在根据本实施方式的图像传感器100中，每两个TR组形成一个输出垂直接触，使得输出垂直接触的数量与现存图像传感器的输出垂直接触的数量相比可以减少一半。
平坦化层还可以设置在多层互连层160上，并且滤色器和微透镜可以布置在平坦化层上。当图像传感器具有背面照明(BSI)结构时，滤色器和微透镜可以布置在半导体衬底101的下部上。
图4是根据本发明构思的一示例性实施方式的，图1A的图像传感器100的像素单元420的主要部分的放大图。
参照图4，第三共用像素110-3可以沿着第二方向(y方向)在向上方向上邻近第一共用像素110-1设置，并且第四共用像素110-4可以沿着第二方向(y方向)在向下方向上邻近第二共用像素110-2设置。此外，沿着第二方向(y方向)，对应于第三共用像素110-3的第三TR组120-3可以相邻于第一TR组120-1设置，并且对应于第四共用像素110-4的第四TR组120-4可以相邻于第二TR组120-2设置。第三TR组120-3可以包括复位TR的复位栅电极122-3、源极跟随器TR的源极跟随器栅电极124-3、以及选择TR的选择栅电极126-3，并且第四TR组120-4可以包括复位TR的复位栅电极122-4、源极跟随器TR的源极跟随器栅电极124-4、以及选择TR的选择栅电极126-4。
如图4所示，用于结隔离的隔离区域140可以设置在第一TR组120-1与第三TR组120-3之间以及在第二TR组120-2与第四TR组120-4之间。因此，第一TR组120-1的复位TRTr2的源极区域132-1和第三TR组120-3的复位TR Tr2的源极区域132-3可以通过隔离区域140彼此电隔离。此外，第二TR组120-2的复位TR Tr2的源极区域132-2和第四TR组120-4的复位TR Tr2的源极区域132-4可以通过隔离区域140彼此电隔离。
第一共用像素110-1和第三共用像素110-3可以共用一个隔离区域140。此外，第二共用像素110-2和第四共用像素110-4也可以共用一个隔离区域140。因此，在根据本实施方式的图像传感器100中，每一个共用像素可以形成半个隔离区域140。与其中每一个共用像素形成一个隔离区域的现存图像传感器相比，根据本实施方式的图像传感器100中的隔离区域140的布置比率可以减少约50％。
类似于第一TR组120-1和第二TR组120-2的布置结构，沿着第二方向(y方向)在向上方向上设置的第三TR组120-3和另外的TR组可以共用选择TR Tr4的源极区域并且可以相对于该源极区域形成镜像对称(M/S)关系。此外，沿着第二方向(y方向)在向下方向上设置的第四TR组120-4和另外的TR组可以共用选择TR Tr4的源极区域，并且可以相对于该源极区域形成镜像对称(M/S)关系。
图5是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的剖视图，其对应于图3B。
参照图5，在隔离区域140a的结构方面，根据本实施方式的图像传感器100a可以不同于图2的图像传感器100。例如，在图2的图像传感器100中，如图3B所示，隔离区域140可以包括绝缘层151和半导体层154，并且例如半导体层154可以是p型高浓度杂质层。在根据本实施方式的图5的图像传感器100a中，隔离区域140a可以以STI结构形成，该STI结构中形成于半导体阱区域102中的沟槽T被绝缘层填充。例如，该绝缘层可以是氧化物层，诸如硅氧化物层。
在根据本实施方式的图像传感器100a中，隔离区域140a可以被形成为第二隔离区域150T的一部分。换言之，第二隔离区域150T可以以STI结构形成，并且第二隔离区域150T的一部分可以用作用于结隔离的隔离区域140a。然而，在一些情况下，隔离区域140a也可以与第二隔离区域150T分开形成。例如，如图3B所示，第二隔离区域150T可以形成为绝缘层151和半导体层154的结构，且隔离区域140a可以形成为STI结构。
在根据本实施方式的图像传感器100a中，第一隔离区域150P(参照图3A)可以形成为绝缘层152和半导体层154的结构，如同图2的图像传感器100中那样。然而，第一隔离区域150P也可以形成为STI结构。
图6是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图。
参照图6，根据本实施方式的图像传感器100b可以不同于图1的图像传感器100，因为TR组120X的TR Tr2至Tr4在第一方向(x方向)上布置。例如，第一共用像素110-1和第二共用像素110-2可以在第一方向(x方向)上彼此相邻布置，并且分别对应于第一共用像素110-1和第二共用像素110-2的第一TR组120-1和第二TR组120-2也可以在第一方向(x方向)上彼此相邻布置。此外，第一TR组120-1可以包括在第一方向(x方向)上布置的复位TR Tr2、源极跟随器TR Tr3和选择TR Tr4，并且第二TR组120-2可以包括在第一方向(x方向)上布置的选择TR Tr4、源极跟随器TRTr3和复位TR Tr2。第一TR组120-1的选择TR Tr4和第二TR组120-2的选择TR Tr4可以共用源极区域138，并且第一TR组120-1和第二TR组120-2可以相对于源极区域138具有镜像对称(M/S)。
第一TR组120-1的复位TR Tr2的源极区域132-1可以通过互连180连接到第一共用像素110-1的FD区域和源极跟随器栅电极124-1。用于结隔离的隔离区域140可以邻近于源极区域132-1设置。此外，第二TR组120-2的复位TR Tr2的源极区域132-2可以通过互连180连接到第二共用像素110-2的FD区域和源极跟随器栅电极124-2。用于结隔离的隔离区域140可以相邻于源极区域132-2设置。因为第一TR组120-1的选择TR Tr4和第二TR组120-2的选择TR Tr4共用源极区域138，所以在第一TR组120-1与第二TR组120-2之间没有形成用于结隔离的隔离区域。
参照图1A和图6的视图，根据本实施方式的图像传感器100b可以具有与顺时针旋转90°的图1A的图像传感器100的结构类似的结构。然而，根据本实施方式的图像传感器100b和图1A的图像传感器100可以彼此不同。例如，在图像传感器的像素单元(参照图12的附图标记420)中，在第一方向(x方向)上布置的共用像素的数量和在第二方向(y方向)上布置的共用像素的数量可以彼此不同。此外，由于共用像素数量上的不同，像素单元420在第一方向(x方向)上的长度和像素单元420在第二方向(y方向)上的长度可以彼此不同。此外，显示图像信号的显示器的形状可以根据像素单元420的形状而变化。此外，设置在像素单元420周围的外围电路单元的构造和结构可以变化。
在图1A的图像传感器100和根据本实施方式的图像传感器100b中，TR组120和120X的TR Tr2至Tr4排列的方向彼此不同。然而，相邻TR组120和120X共用选择TR Tr4的源极区域，使得在所述相邻TR组120和120X之间省略用于结隔离的隔离区域140，从而电特性被改善。因此，图1A的图像传感器100和根据本实施方式的图像传感器100b具有基本相似的特征。
根据本实施方式的图像传感器100b也可以应用于具有光电二极管数量不同的共用像素的图像传感器，在图像传感器100b中共用像素110X和TR组120X在第一方向(x方向)上彼此相邻布置，并且两个相邻TR组120X共用选择TR TR4的源极区域。
图7A是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图，图7B是根据本发明构思的一示例性实施方式的，对应于图7A的图像传感器的共用像素和晶体管组的等效电路图。
参照图7A和7B，在根据本实施方式的图像传感器200中，八个像素可以构成一个共用像素210。例如，共用像素210可以具有一种结构，该结构中四个光电二极管对PD1-PD2、PD3-PD4、PD5-PD6和PD7-PD8(其中的每个对包括两个在第一方向(x方向)上相邻的光电二极管)沿着第二方向(y方向)排列。此外，共用像素210可以包括顶共用像素210S1和底共用像素210S2，在顶共用像素210S1中四个光电二极管PD1至PD4共用一个顶FD区域(图8A的230S1)同时围绕顶FD区域230S1，并且在底共用像素210S2中其它四个光电二极管PD5至PD8共用底FD区域(图8A的230S2)同时围绕底FD区域230S2。顶FD区域230S1和底FD区域230S2可以通过互连280彼此连接，可以形成等电位区域，因此可以用作一个FD区域230。因此，共用像素210具有八个光电二极管PD1至PD8共用一个FD区域230的结构。
在共用像素210中，八个光电二极管PD1至PD8对一个FD区域230的共用可以涉及使用对应于光电二极管PD1至PD8的传输TR Tr1，如图7B的等效电路图中所示。例如，在顶共用像素210S1中，对应于四个光电二极管PD1至PD4的四个传输TR Tr11至Tr14可以共用作为公共漏极区域的顶FD区域230S1。此外，在底共用像素210S2中，对应于四个光电二极管PD5至PD8的四个传输TR Tr11至Tr14可以共用作为公共漏极区域的底FD区域230S2。如上所述，顶FD区域230S1和底FD区域230S2可以通过使用互连280彼此电连接，从而构成一个FD区域230。
因此，在共用像素210中，八个光电二极管PD1至PD8可以共用一个FD区域230，并且八个光电二极管PD1至PD8可以共用一个TR组220。TR组220可以邻近于像素区域PA设置在TR区域TA中，并且每一个共用像素210可以设置一个TR组220。因此，构成共用像素210的八个光电二极管PD1至PD8可以共用一个TR组220。然而，如图7A、7B和8A中所示，一个TR组220可以包括两个复位TR Tr2、两个源极跟随器TR Tr3和两个选择TR TR4。例如，TR组220可以包括在第二方向(y方向)上彼此相邻的顶TR组220S1和底TR组220S2。
顶TR组220S1和底TR组220S2可以相对于等效FD区域EFD具有镜像对称(M/S)。等效FD区域EFD通过互连280电连接到FD区域230，可以相对于FD区域230形成等电位区域，并且可以构成两个相邻复位TR Tr2的公共源极区域232。换言之，顶TR组220S1的复位TR Tr2和底TR组220S2的复位TR Tr2可以共用源极区域232。
例如，在顶TR组220S1中，复位TR Tr2可以包括复位栅电极222S1和设置在复位栅电极222S1两侧处的源极/漏极区域232和234S1，源极跟随器TR Tr3可以包括源极跟随器栅电极224S1和设置在源极跟随器栅电极224S1两侧处的源极/漏极区域234S1和236S1，并且选择TR Tr4可以包括选择栅电极226S1和设置在选择栅电极226S1两侧处的源极/漏极区域236S1和238S1。复位TR Tr2和源极跟随器TR Tr3可以共用漏极区域234S1，并且被共用的漏极区域234S1可以共同地连接到电源电压Vpix。此外，源极跟随器TR Tr3的源极区域236S1和选择TRTr4的漏极区域236S1可以是相同的，并且输出电压Vout可以通过选择TRTr4的源极区域238S1输出。在底TR组220S2中，复位TR Tr2可以包括复位栅电极222S2和设置在复位栅电极222S2两侧的源极/漏极区域232和234S2，源极跟随器TRTr3可以包括源极跟随器栅电极224S2和设置在源极跟随器栅电极224S2两侧的源极/漏极区域234S2和236S2，并且选择TRTr4可以包括选择栅电极226S2和设置在选择栅电极226S2两侧的源极/漏极区域236S2和238S2。
底TR组220S2可以包括TR Tr2、Tr3和Tr4，这些TR关于等效FD区域EFD处于镜像对称(M/S)关系。例如，底TR组220S2的TR Tr2、Tr3和Tr4以与顶TR组220S1的TRTr2、Tr3和Tr4的方式基本上对称的方式布置在复位TR Tr2的源极区域232的另一侧。
FD区域230可以通过互连280连接到其为等效FD区域EFD的复位TR Tr2的源极区域232，并且还可以连接到两个源极跟随器栅电极224S1和224S2。因此，FD区域230、复位TRTr2的源极区域232以及两个源极跟随器栅电极224S1和224S2可以形成等电位区域。
现在将参照图7B的等效电路图描述TR Tr1、Tr2、Tr3和Tr4之间的连接关系。顶共用像素210S1的四个光电二极管PD1至PD4可以连接到四个对应的传输TR Tr11至TR14的源极区域。此外，底共用像素210S2的四个光电二极管PD5至PD8可以连接到四个对应的传输TRTr11至TR14的源极区域。
顶共用像素210S1的传输TR Tr11至Tr14和底共用像素210S2的传输TR Tr11至Tr14可以共用作为公共漏极区域的FD区域230。例如，如图8A所示，FD区域230可以包括设置在顶共用像素210S1的中央的顶FD区域230S1和设置在底共用像素210S2的中央的底FD区域230S2。顶共用像素210S1的传输TR Tr11到Tr14可以共用作为公共漏极区域的顶FD区域230S1，并且底共用像素210S2的传输TR Tr11到Tr14可以共用作为公共漏极区域的底FD区域230S2。顶FD区域230S1和底FD区域230S2可以通过互连280彼此电连接。
传输TR Tr11到Tr14的漏极区域，例如FD区域230，可以连接到由两个相邻复位TRTr2共用的源极区域232，例如等效FD区域EFD。此外，FD区域230可以连接到两个源极跟随器栅电极224S1和224S2。FD区域230通过互连280连接到源极区域232以及两个源极跟随器栅电极224S1和224S2。互连280的连接结构可以是指状的，如图7A的粗直线所示那样。
两个源极跟随器TR Tr3中的每个的源极区域可以连接到对应的选择TR Tr4的漏极区域。顶TR组220S1的复位TR Tr2的漏极区域和源极跟随器TR Tr3的漏极区域可以是相同的并且可以连接到电源电压Vpix。此外，底TR组220S2的复位TR Tr2的漏极区域和源极跟随器TRTr3的漏极区域可以是相同的并且可以连接到电源电压Vpix。垂直信号线(图12的432)可以连接到顶TR组220S1的选择TR Tr4的源极区域238S1和底TR组220S2的选择TR Tr4的源极区域238S2，使得源极区域238S1和238S2的电压可以作为输出电压Vout输出。
在根据本实施方式的图像传感器200中，单元共用像素可以包括一个共用像素210和对应于所述共用像素210的一个TR组220。具有与共用光电二极管的量对应的量的传输TRTr1可以设置在共用像素210中。例如，在根据本实施方式的图像传感器200中，单元共用像素可以包括八个光电二极管PD1至PD8、八个传输TR Tr1、两个复位TR Tr2、两个源极跟随器TR Tr3和两个选择TR Tr4。例如，根据本实施方式的图像传感器200可以是CMOS图像传感器。共用像素210和TR组220的结构将参照图8A和8B被更详细地描述。
在根据本实施方式的图像传感器200中，共用像素210可以具有八个光电二极管PD1至PD8共用一个FD区域230的结构。此外，顶TR组220S1的复位TR Tr2和底TR组220S2的复位TR Tr2可以共用其为源极区域232的等效FD区域EFD。此外，顶TR组220S1和底TR组220S2可以关于等效FD区域EFD处于镜像对称(M/S)关系。此外，TR组220可以共用在第二方向(y方向)上与其相邻的另外的TR组220的选择TR Tr4的源极区域238S1和238S2。因此，在两个相邻TR组220之间可以省略用于结隔离的隔离区域。例如，在具有八个光电二极管组成的共用像素的现存图像传感器中，每一个共用像素可以形成一个隔离区域。在根据本实施方式的图像传感器200中，每一个共用像素可以不形成隔离区域。
使得每一个共用像素210没有隔离区域的两个相邻TR组220的选择TR Tr4的源极区域的共用将参照图9被更详细地描述。
在根据本实施方式的图像传感器200中，具有上述结构的共用像素210和TR组220能增加每单元共用像素的光电二极管的面积并降低噪声。
图8A是根据本发明构思的一示例性实施方式的，图7A的图像传感器的像素单元的主要部分的示意性俯视图；图8B是根据本发明构思的一示例性实施方式的，沿着图8A的线III-III'截取的图像传感器的剖视图。
参照图8A，根据本实施方式的图像传感器200可以具有包括共用像素210的结构，在共用像素210中八个像素的八个光电二极管PD1至PD8共用一个FD区域230。在八个光电二极管PD1至PD8中，四个光电二极管对PD1-PD2、PD3-PD4、PD5-PD6和PD7-PD8可以在第二方向(y方向)上排列，其中每个对包括两个光电二极管。因此，共用像素210可以具有在第二方向(y方向)上的矩形形状。共用像素210可以被布置成多个共用像素210在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上排列的二维阵列结构，如图12所示。
FD区域230可以包括顶FD区域230S1和底FD区域230S2，并且共用像素210可以包括顶共用像素210S1和底共用像素210S2。例如，顶共用像素210S1可以包括共用顶FD区域230S1的四个光电二极管PD1至PD4，并且底共用像素210S2可以包括共用底FD区域230S2的四个光电二极管PD5至PD8。
根据本实施方式的图像传感器200的像素区域可以与图2的图像传感器100的像素区域基本上相同，除了顶FD区域230S1和底FD区域230S2通过互连280彼此电连接，并且顶共用像素210S1和底共用像素210S2构成一个共用像素210之外。例如，顶共用像素210S1和底共用像素210S2中的每个的结构可以与图2的图像传感器100的共用像素110的结构基本上相同，除互连280之外。此外，顶共用像素210S1和底共用像素210S2中的每个的剖视图可以与图3A的剖视图基本上相同。因此，将省略对共用像素210、FD区域230和传输TR Tr1的详细描述。
与共用像素210相邻的对应TR组220可以被布置在TR区域(图7A的TA)中。TR组220可以沿着第二方向(y方向)连续布置，并且可以沿着第一方向(x方向)与共用像素210交替布置。TR组220可以包括设置在TR组220的上部的顶TR组220S1和设置在TR组220的下部的底TR组220S2。例如，顶TR组220S1可以设置在等效FD区域EFD之上，并且底TR组220S2可以设置在等效FD区域EFD下面。顶TR组220S1和底TR组220S2中的每个可以包括复位TR Tr2、源极跟随器TRTr3和选择TR Tr4，并且可以关于等效FD区域EFD处于镜像对称(M/S)关系。
TR组220将参照图8B被更详细地描述。因为顶TR组220S1和底TR组220S2关于等效FD区域EFD处于镜像对称(M/S)关系，所以将主要描述顶TR组220S1。应理解，等效FD区域EFD对应于复位TR Tr2的源极区域232。TR组220的TR Tr2、Tr3和Tr4可以形成在半导体衬底201上形成的半导体阱区域202中。对半导体衬底201和半导体阱区域202的描述与对图3A和3B中的半导体衬底101和半导体阱区域102的描述相同。
复位TR Tr2可以包括一对源极/漏极区域232和234S1以及复位栅电极222S1。复位栅电极222S1可以形成在栅极绝缘层204上。源极跟随器TR Tr3可以包括一对源极/漏极区域234S1和236S1以及形成在栅极绝缘层204上的源极跟随器栅电极224S1。选择TRTr4可以包括一对源极/漏极区域236S1和238S1以及在栅极绝缘层204上的选择栅电极226S1。
用于隔离TR Tr2、Tr3和Tr4的第二隔离区域250T可以形成在TR区域TA中。第二隔离区域250T可以包括在第二隔离区域250T的表面上的绝缘层251和在绝缘层251下方的半导体层。绝缘层251可以形成为诸如硅氧化物层的氧化物层，并且半导体层可以形成为p型高浓度杂质层。第二隔离层250T不限于绝缘层251和半导体层的结构，并且可以按STI结构形成。第一隔离区域250P可以包括绝缘层252。
如图8B所示，在TR区域TA中可以不形成用于结隔离的隔离区域。换言之，第二隔离区域250T可以仅形成为其中TR Tr2、Tr3和Tr4与共用像素210的光电二极管PD1至PD8隔离的结构。因此，可以不单独形成TR Tr2、Tr3和Tr4之间用于结隔离的隔离区域。
例如，如上所述，由于等效FD区域EFD由两个复位TR Tr2共用作为源极区域232，所以TR组220中没有形成隔离区域的需要。此外，因为沿着第二方向(y方向)两个相邻TR组220共用选择TR Tr4的源极区域238S1或238S2，所以两个相邻TR组220之间没有形成隔离区域的需要。结果，在根据本实施方式的图像传感器200中，在TR区域TA中可以不形成用于结隔离的隔离区域。因此，根据本发明的图像传感器200可以降低噪声并增加每单元共用像素的光电二极管的面积。
图8A还示出了顶共用像素210S1的传输栅电极228a至228d。例如，类似的传输栅电极能在底共用像素210S2中找到。图8A还示出了输出垂直接触265。
图8B还示出了多层互连层260，多层互连层260例如包括多个互连262及层间绝缘层264。输出垂直接触265可以连接到互连262中的至少一个。
图9是根据本发明构思的一示例性实施方式的，图7A的图像传感器的像素单元的主要部分的放大图。
参照图9，沿着第二方向(y方向)，第二共用像素210-2可以邻近于第一共用像素210-1并且在第一共用像素210-1之下设置，并且第三共用像素210-3可以邻近于第一共用像素210-1并在第一共用像素210-1之上设置。第二共用像素210-2和第三共用像素210-3中的每个可以包括顶共用像素210S1和底共用像素210S2。
沿着第二方向(y方向)，对应于第二共用像素210-2的第二TR组220-2可以邻近于第一TR组220-1设置，并且对应于第三共用像素210-3的第三TR组220-3可以邻近于第一TR组220-1设置。第二TR组220-2和第三TR组220-3中的每个可以包括顶TR组220S1和底TR组220S2。此外，第一TR组220-1、第二TR组220-2和第三TR组220-3中的每个可以关于等效FD区域EFD(例如复位TR Tr2的源极区域232-1、232-2和232-3)具有镜像对称(M/S-F)结构。换言之，在第一TR组220-1、第二TR组220-2和第三TR组220-3中的每个中，顶TR组220S1和底TR组220S2可以关于等效FD区域EFD处于镜像对称(M/S-F)关系。
第一TR组220-1的选择TR Tr4和第二TR组220-2的选择TR Tr4可以共用源极区域238S1d。此外，第一TR组220-1的选择TR Tr4和第三TR组220-3的选择TR Tr4可以共用源极区域238S1u。因此，第一TR组220-1和第二TR组220-2可以关于源极区域238S1d处于镜像对称(M/S)关系，并且第一TR组220-1和第三TR组220-3可以关于源极区域238S1u处于镜像对称(M/S)关系。此外，如图9所示，输出电压Vout可以通过源极区域238S1u和238S1d输出。
因为第一TR组220-1和第二TR组220-2共用源极区域238S1d，所以在第一TR组220-1与第二TR组220-2之间可以不形成隔离区域。此外，因为第一TR组220-1和第三TR组220-3共用源极区域238S1u，所以在第一TR组220-1与第三TR组220-3之间可以不形成隔离区域。结果，沿着第二方向(y方向)，在TR组220之间可以不形成隔离区域。因此，在根据本实施方式的图像传感器200中，每一个共用像素可以不形成隔离区域。
图10是根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的像素单元的主要部分的视图，图11是根据本发明构思的一示例性实施方式的图10中示出的图像传感器的像素单元的主要部分的示意性俯视图。
参照图10和11，在根据本实施方式的图像传感器300中，两个像素可以构成一个共用像素310。例如，共用像素310可以包括在第二方向(y方向)上彼此相邻的两个光电二极管PD1和PD2。此外，共用像素310可以具有其中两个光电二极管PD1和PD2在一个FD区域330的上部和下部共用所述一个FD区域330的结构。
在共用像素310中，两个光电二极管PD1和PD2对一个FD区域330的共用可以通过使用对应于光电二极管PD1和PD2的传输TR Tr1来进行。例如，对应于两个光电二极管PD1和PD2的两个传输TR Tr11和Tr12可以共用FD区域330作为公共漏极区域。
共用像素310中的共用可以意味着两个光电二极管PD1和PD2共用FD区域330且两个光电二极管PD1和PD2共用一个TR组320。TR组320可以邻近于像素区域PA设置在TR区域TA中，并且每一个共用像素310可以设置一个TR组320。结果，构成共用像素310的两个光电二极管PD1和PD2可以共用一个TR组320。
如能在图11中看到那样，根据本实施方式的图像传感器300的共用像素310的结构可以是图2的图像传感器100的共用像素110的结构的一半。例如，图2中示出的结构的左半部分在图11中被示出。共用像素310可以包括第一共用像素310-1和第二共用像素310-2。根据本实施方式的图像传感器300的共用像素310的结构可以基于图2的图像传感器100的共用像素110的结构被充分地理解，因此可以省略其详细描述。
根据本实施方式的图像传感器300的TR组320的结构可以与图2的图像传感器100的TR组120的结构基本上相同。例如，第一TR组320-1的源极跟随器TR可以包括源极跟随器栅电极324-1和设置在源极跟随器栅电极324-1两侧的源极/漏极区域334-1和336-1；第二TR组320-2的源极跟随器TR可以包括源极跟随器栅电极324-2和设置在源极跟随器栅电极324-2两侧的源极/漏极区域334-2和336-2；FD区域330可以通过互连380电连接到复位TRTr2的源极区域332-1和332-2(例如等效FD区域EFD)和源极跟随器栅电极324-1和324-2。因此，复位TR Tr2的源极区域332-1和332-2以及源极跟随器栅电极324-1和324-2可以相对于FD区域330形成等电位区域。此外，第一TR组320-1和第二TR组320-2可以共用选择TR Tr4的源极区域338，并且可以关于源极区域338处于镜像对称(M/S)关系。因此，在第一TR组320-1与第二TR组320-2之间可以不形成用于结隔离的隔离区域。输出垂直接触365可以形成在由第一TR组320-1和第二TR组320-2中的每个的选择TR Tr4共用的源极区域338上。根据本实施方式的图像传感器300的TR组320的结构可以基于图2的图像传感器100的TR组120的结构被充分地理解，因此，其详细描述也可以被省略。
例如，在根据本实施方式的图像传感器300中，单元共用像素可以包括两个光电二极管PD1和PD2、两个传输TR Tr11(传输栅电极328b)和Tr12(传输栅电极328c)、复位TR Tr2(复位栅电极322-1/322-2)、源极跟随器TR Tr3(源极跟随器栅电极324-1/324-2)和选择TRTr4(选择栅电极326-1/326-2)。例如，根据本实施方式的图像传感器300可以是CMOS图像传感器。图像传感器300还可以包括绝缘层351和352。
在根据本实施方式的图像传感器300中，共用像素310可以具有其中两个光电二极管PD1和PD2共用一个FD区域330的结构。此外，第一TR组320-1和在第二方向(y方向)上与第一TR组320-1相邻的第二TR组320-2可以共用选择TR Tr4的源极区域338。因此，在第一TR组320-1与第二TR组320-2之间可以省略用于结隔离的隔离区域。作为参考，在具有其中两个光电二极管被共用像素共用的结构的现存图像传感器中，每一个共用像素可以形成一个隔离区域。相反，在根据本实施方式的图像传感器300中，每一个共用像素可以形成半个隔离区域340。
在根据本实施方式的图像传感器320中，具有上述结构的共用像素310和TR组320增加了每单元共用像素的光电二极管的面积，并降低了图像传感器300中的噪声。
图12是示意性地示出根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器的构造的视图。
参照图12，根据本实施方式的图像传感器400可以包括像素单元420和外围电路单元。像素单元420可以包括以二维阵列结构布置在半导体衬底401上的多个像素410，所述多个像素410中的每个包括光电转换器件。例如，光电转换器件可以是光电二极管。此外，所述多个像素410中的每个可以是包括图1A至11中所示的在图像传感器100、100a、100b、200和300中采用的共用像素110、110X、210和310以及对应的TR组120、120X、220和320的单元共用像素。
外围电路单元可以设置在像素单元420周围，并且可以包括垂直驱动电路440、列信号处理器电路450、水平驱动电路460、输出电路470和控制电路480。
控制电路480可以控制垂直驱动电路440、列信号处理器电路450和水平驱动电路460。例如，控制电路480可以产生时钟信号或控制信号，该信号用于垂直驱动电路440、列信号处理器电路450和水平驱动电路460基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟信号的操作。此外，控制电路480可以将时钟信号或控制信号输入到垂直驱动电路440、列信号处理器电路450和水平驱动电路460。
垂直驱动电路440可以包括移位寄存器，例如可以选择像素驱动互连，并且可以将用于驱动像素的脉冲信号提供给所选择的像素驱动互连，从而以行为单位驱动像素。例如，垂直驱动电路440可以在垂直方向上以行为单位选择性地将脉冲信号扫描到像素单元420的每个像素410上。此外，垂直驱动电路440可以通过垂直信号线432将取决于每个像素410的光电转换器件(例如光电二极管)中产生的电荷的像素信号提供给列信号处理器电路450。
列信号处理器电路450可以被布置在像素410的每列中，并且在每个像素列中对于从一行中的像素410输出的信号执行诸如噪声去除的信号处理。例如，列信号处理器电路450可以执行诸如用于去除像素410或信号放大中的噪声的相关双采样(CDS)、模数(AD)转换等的信号处理。水平选择开关可以安装在列信号处理器电路450的输出端子处。
水平驱动电路460包括例如移位寄存器，并顺序地输出水平扫描脉冲信号，从而选择每个列信号处理器电路450并将每个列信号处理器电路450的像素信号顺序输出到水平信号线434。
输出电路470可以对通过水平信号线434顺序从每个列信号处理器电路450提供(到输出电路470)的信号执行信号处理，并且可以输出被信号处理的信号。例如，输出电路470可以执行缓冲或黑电平调整、热非一致性校正、以及各种类型的数字信号处理。输入/输出端子490可以与外部交换信号。
图13是示意性地示出根据本发明构思的一示例性实施方式的包括图像传感器的电子装置的视图。
参照图13，根据本实施方式的电子装置500可以包括图像传感器510、光学系统520、快门530、驱动电路540和信号处理器电路550。
图像传感器510可以是图1A至11的图像传感器100、100a、100b、200和300中的一种。如图12所示，图像传感器510可以包括像素单元420和外围电路单元。
光学系统520是用于将入射光引导到图像传感器510的光接收单元的器件，并且可以包括多个光学透镜。例如，光学系统520可以在图像传感器510的像表面上形成来自对象的入射光的图像，并且电荷可以在图像传感器510中产生并累积。
快门530可以控制光到图像传感器510上的照射时段和遮光时段。驱动电路540可以提供用于控制图像传感器510的传输操作和快门530的操作的驱动信号。图像传感器510可以通过使用从驱动电路540提供的驱动信号(或定时信号)来执行信号传输。
信号处理器电路550可以对从图像传感器510输出的信号执行各种类型的信号处理。被信号处理的视频信号可以存储在诸如存储器的存储介质中，或被输出到显示器。
根据本实施方式的电子装置500可以是能够拍摄静止图像或拍摄视频的CMOS照相机。
如上所述，在根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置中，两个相邻的共用像素和两个相邻的对应晶体管组共用选择晶体管的源极区域，因而被布置成镜像对称结构。因此，两个晶体管组之间用于结隔离的隔离区域不是必要的。
因此，在根据本发明构思的一示例性实施方式的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置中，每共用像素的光电二极管的面积可以增加，并且由于上述共用像素和TR组的结构噪声可以降低。
尽管已经参照本发明构思的示例性实施方式具体示出和描述了本发明构思，但是将理解，可以对其进行形式和细节上的各种各样的改变而不背离如所附权利要求限定的本发明构思的精神和范围。
本申请要求享有2016年12月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0180138号的优先权，其公开通过引用全文合并在此。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
包括共用像素的像素区域，其中所述共用像素中的每个包括组成组并共用浮置扩散(FD)区域的至少两个光电二极管；以及
与所述像素区域相邻的晶体管(TR)区域，其中所述晶体管区域包括对应于所述共用像素的晶体管组，
其中，当所述共用像素中的第一共用像素和第二共用像素在第一方向上彼此相邻布置时，所述晶体管组中对应于所述第一共用像素的第一晶体管组和对应于所述第二共用像素的第二晶体管组共用第一选择晶体管的源极区域。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述共用像素中的每个中，四个光电二极管组成所述组，并且所述第一晶体管组和所述第二晶体管组关于所述第一选择晶体管的所述源极区域处于镜像对称关系。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述第一晶体管组包括沿所述第一方向自电连接到所述第一共用像素的所述浮置扩散区域的第一等效浮置扩散区域起顺序布置的第一复位晶体管、第一源极跟随器晶体管和所述第一选择晶体管；以及
所述第二晶体管组包括沿所述第一方向自所述第一选择晶体管的所述源极区域起顺序布置的第二选择晶体管、第二源极跟随器晶体管和第二复位晶体管，并且电连接到所述第二共用像素的所述浮置扩散区域的第二等效浮置扩散区域形成所述第二复位晶体管的源极区域。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，沿所述第一方向，第三共用像素邻近所述第一共用像素设置，并且所述第一晶体管组的所述第一等效浮置扩散区域通过隔离区域与对应于所述第三共用像素的第三晶体管组的第三等效浮置扩散区域电隔离，所述第三等效浮置扩散区域电连接到所述第三共用像素的所述浮置扩散区域。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述隔离区域被设置成浅沟槽隔离(STI)结构或包括绝缘层和在所述绝缘层下方的半导体层的隔离结构。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述隔离区域沿所述第一方向形成在所述第一共用像素和第二共用像素中的每个的一侧而不是两侧上。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述共用像素中的每个中，八个光电二极管组成所述组，所述共用像素中的每个中的所述八个光电二极管组成四个光电二极管对，每对包括在交叉所述第一方向的第二方向上排列的两个相邻光电二极管，所述第一选择晶体管包括底第一选择晶体管和顶第一选择晶体管，并且所述第一晶体管组和所述第二晶体管组共用所述底第一选择晶体管的源极区域。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述第一晶体管组具有关于电连接到所述第一共用像素的所述浮置扩散区域的第一等效浮置扩散区域的镜像对称结构。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述第一晶体管组包括：沿所述第一方向自所述第一等效浮置扩散区域起向下顺序地布置的底第一复位晶体管、底第一源极跟随器晶体管和所述底第一选择晶体管；以及沿所述第一方向自所述第一等效浮置扩散区域起向上顺序地布置的顶第一复位晶体管、顶第一源极跟随器晶体管和所述顶第一选择晶体管，并且所述第一等效浮置扩散区域是所述底第一复位晶体管和所述顶第一复位晶体管的公共源极区域。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述第一等效浮置扩散区域通过互连连接到所述底第一源极跟随器晶体管的栅电极和所述顶第一源极跟随器晶体管的栅电极。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，沿所述第一方向，第三共用像素邻近所述第一共用像素设置，所述顶第一选择晶体管的源极区域由所述第一晶体管组和对应于所述第三共用像素的第三晶体管组共用，所述第一晶体管组和所述第二晶体管组关于所述底第一选择晶体管的源极区域处于镜像对称关系，并且所述第一晶体管组和所述第三晶体管组关于所述顶第一选择晶体管的所述源极区域处于镜像对称关系。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中在所述第一晶体管组与所述第二晶体管组之间以及在所述第一晶体管组与所述第三晶体管组之间没有隔离区域。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述共用像素被布置成二维阵列，在所述共用像素中的每个中，二个光电二极管、四个光电二极管或八个光电二极管组成所述组，并且所述第一晶体管组和第二晶体管组中包括的晶体管沿交叉所述第一方向的第二方向排列。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中在所述第一共用像素中设置对应于所述光电二极管中的至少一个的传输晶体管，累积在所述光电二极管中的所述至少一个上的电荷通过所述传输晶体管被累积在所述第一共用像素的所述浮置扩散区域中，所述第一晶体管组包括沿所述第一方向顺序布置的第一等效浮置扩散区域、第一复位晶体管、第一源极跟随器晶体管和所述第一选择晶体管，所述第一共用像素的所述浮置扩散区域电连接到所述第一等效浮置扩散区域和所述第一源极跟随器晶体管的栅电极，所述第一等效浮置扩散区域是所述第一复位晶体管的源极区域，所述第一复位晶体管的漏极区域与所述第一源极跟随器晶体管的漏极区域相同，相同的电压被施加到所述第一复位晶体管的所述漏极区域和所述第一源极跟随器晶体管的所述漏极区域，并且所述第一源极跟随器晶体管的源极区域和所述第一选择晶体管的漏极区域被共用。
15.一种图像传感器，包括：
第一共用像素，其包括共用第一浮置扩散(FD)区域的四个光电二极管；
第二共用像素，其在第一方向上邻近所述第一共用像素设置并且包括共用第二浮置扩散区域的四个光电二极管；
第一晶体管(TR)组，其邻近所述第一共用像素设置并且包括沿所述第一方向顺序布置的第一复位晶体管、第一源极跟随器晶体管和第一选择晶体管；以及
第二晶体管组，其邻近所述第二共用像素设置并且包括沿所述第一方向顺序地布置的第二选择晶体管、第二源极跟随器晶体管和第二复位晶体管，
其中所述第一选择晶体管和所述第二选择晶体管共用源极区域。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，沿所述第一方向，第三共用像素邻近所述第一共用像素设置，并且所述第一晶体管组和所述第三共用像素的第三晶体管组通过第一隔离区域彼此电隔离，并且沿所述第一方向，第四共用像素邻近所述第二共用像素设置，并且所述第二晶体管组和所述第四共用像素的第四晶体管组通过第二隔离区域彼此电隔离。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中所述第一复位晶体管邻近所述第一隔离区域设置，所述第一复位晶体管的源极区域电连接到所述第一浮置扩散区域和所述第一源极跟随器晶体管的栅电极，所述第二复位晶体管邻近所述第二隔离区域设置，所述第二复位晶体管的源极区域电连接到所述第二浮置扩散区域和所述第二源极跟随器晶体管的栅电极。
18.一种图像传感器，包括：
第一共用像素，其包括共用浮置扩散(FD)区域的八个光电二极管，所述八个光电二极管组成四个光电二极管对，所述光电二极管对中的每个包括沿第一方向排列的两个相邻光电二极管；以及
第一晶体管(TR)组，其邻近所述第一共用像素设置并且包括沿交叉所述第一方向的第二方向顺序布置的顶选择晶体管、顶源极跟随器晶体管、顶复位晶体管、底复位晶体管、底源极跟随器晶体管和底选择晶体管，
其中所述第一晶体管组具有关于由所述顶复位晶体管和所述底复位晶体管共用的等效浮置扩散区域的镜像对称结构。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中第二共用像素和第三共用像素沿所述第二方向在所述第一共用像素的彼此相反的侧邻近所述第一共用像素，所述第一晶体管组和所述第二共用像素的第二晶体管组共用所述顶选择晶体管的源极区域，并且所述第一晶体管组和所述第三共用像素的第三晶体管组共用所述底选择晶体管的源极区域。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述第一晶体管组和所述第二晶体管组关于所述顶选择晶体管的所述源极区域处于镜像对称关系，所述第一晶体管组和所述第三晶体管组关于所述底选择晶体管的所述源极区域处于镜像对称关系，并且在所述第一晶体管组与所述第二晶体管组之间以及在所述第一晶体管组与所述第三晶体管组之间不形成隔离区域。
21.一种图像传感器，包括：
像素单元，其包括像素区域和晶体管(TR)区域，所述像素区域包括布置成二维阵列的共用像素，所述共用像素每个包括组成组且共用浮置扩散(FD)区域的至少两个光电二极管，所述晶体管区域包括与所述共用像素相邻且对应于所述共用像素的晶体管组；以及
设置在所述像素单元周围的外围电路，
其中，当所述共用像素中的第一共用像素和第二共用像素沿第一方向彼此相邻设置时，所述晶体管组中的第一晶体管组对应于所述第一共用像素并且所述晶体管组中的第二晶体管组对应于所述第二共用像素，以及
所述第一晶体管组的选择晶体管和所述第二晶体管组的选择晶体管共用源极区域。
22.根据权利要求21所述的图像传感器，其中，在所述共用像素中的每个中，四个光电二极管组成所述组，并且所述第一晶体管组和所述第二晶体管组具有关于所述源极区域的镜像对称关系。
23.根据权利要求21所述的图像传感器，其中，在所述共用像素中的每个中，八个光电二极管组成所述组，所述第一晶体管组包括底第一晶体管组和顶第一晶体管组，并且所述底第一晶体管组和所述顶第一晶体管组具有关于电连接到所述第一共用像素的所述浮置扩散区域的等效浮置扩散区域的镜像对称关系。
24.一种图像传感器，包括：
包括多个光电二极管的第一共用像素；
包括多个光电二极管的第二共用像素；
邻近所述第一共用像素设置的第一晶体管组；以及
邻近所述第二共用像素设置的第二晶体管组，
其中所述第一晶体管组包括第一选择晶体管，并且所述第二晶体管组包括第二选择晶体管，以及
其中所述第一选择晶体管和第二选择晶体管的源极区域将所述第一选择晶体管和第二选择晶体管彼此连接。
25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中所述第一晶体管组和第二晶体管组关于所述第一选择晶体管和第二选择晶体管的所述源极区域彼此对称。
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