CN108257990B - 图像传感器和包括其的电子设备 - Google Patents

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Abstract

图像传感器可以根据图像传感器中的各种像素结构来优化图像传感器中的每一个像素和/或每一个光电二极管的控制。电子设备可以包括图像传感器。图像传感器可以包括多个像素，每一个像素包括光电二极管和被配置为将累积在光电二极管中的电荷传输到浮置扩散区的传输晶体管、以及分别连接到像素的传输晶体管的栅电极的传输晶体管线。传输晶体管线可以接收具有不同幅度的电压。

Description

图像传感器和包括其的电子设备
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35部分的第119条，要求于2016年12月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0182880号的优先权，其公开的内容全部并入以供参考。
技术领域
本发明的构思涉及图像传感器，更具体地，涉及与一个或多个图像传感器中的每一个像素的传输晶体管的控制相关的图像传感器和电子设备。
背景技术
图像传感器可以包括单位像素的二维(two-dimensional，2D)阵列。在一些情况下，单位像素可以包括一个光电二极管和多个像素晶体管。像素晶体管的示例可以包括：传输晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。随着像素尺寸近来有所减少，被配置为具有带有增加面积的光电二极管的图像传感器可以包括共享像素结构，所述共享像素结构中的一个或多个像素晶体管被多个像素所共享。
发明内容
本发明构思提供一种图像传感器，所述图像传感器可以根据各种像素结构来优化每一个像素和/或每一个光电二极管的控制，以及一种包括图像传感器的电子设备。
根据一些示例性实施例，图像传感器可以包括多个像素和多个传输晶体管线。多个像素中的每一个像素可以分别包括光电二极管和传输晶体管。传输晶体管可以被配置为将在光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区。传输晶体管线可以分别被连接到多个像素的传输晶体管的栅电极。多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。
根据一些示例性实施例，图像传感器可以包括在第一方向和垂直的第二方向上延伸的4-共享像素的二维阵列。每一个给定的4-共享像素可以包括：四个光电二极管、被四个光电二极管共享的一个浮置扩散区、以及被配置为将在四个光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区的四个传输晶体管。图像传感器可以包括分别连接到给定的4-共享像素的四个传输晶体管的栅电极的四个传输晶体管线。给定的4-共享像素的四个传输晶体管线可以在第一方向或第二方向上延伸，并且给定的4-共享像素的四个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。
根据一些示例性实施例，图像传感器可以包括在第一方向和垂直的第二方向上延伸的8-共享像素的二维阵列。每一个给定的8-共享像素可以包括：八个光电二极管、被八个光电二极管共享的两个浮置扩散区、互相电连接的两个浮置扩散区、被配置为将在八个光电二极管中累积的电荷传输到两个浮置扩散区的八个传输晶体管、以及分别连接到给定的8-共享像素的八个传输晶体管的栅电极的八个传输晶体管线。每一个给定的8-共享像素可以包括两个子共享像素，每一个子共享像素共享一个浮置扩散区并包括四个光电二极管。八个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。
根据一些示例性实施例，图像传感器可以包括像素元件，所述像素元件包括多个像素，多个像素中的每一个给定的像素包括光电二极管、以及被配置为将在光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区的传输晶体管。图像传感器可以包括分别连接到多个像素的传输晶体管的栅电极的多个传输晶体管线、以及至少部分地围绕像素元件的外围电路。多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。
根据一些示例性实施例，电子设备可以包括光学系统、图像传感器和信号处理电路。图像传感器可以包括像素元件和至少部分地围绕像素元件的外围电路。像素元件可以包括多个像素和多个传输晶体管线。多个像素中的每一个像素可以包括光电二极管和被配置为将在光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区的传输晶体管。多个传输晶体管线可以分别连接到与传输晶体管线相对应的传输晶体管的栅电极。多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。
根据一些示例性实施例，电子设备可以包括多个像素和多个传输线。多个像素中的每一个像素可以包括光电二极管和传输晶体管。传输晶体管可以被配置为将在光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区。多个传输晶体管线可以被配置为将具有不同幅度的电压施加到多个像素的单独的、相应的像素的单独的、相应的传输晶体管。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明构思的示例实施例，其中：
图1A和图1B分别是根据一些示例性实施例示出图像传感器的像素和传输晶体管(transistor，TR)线的电路图、以及用于说明应用到像素的拜尔模式的构思图；
图2是根据一些示例性实施例示出图像传感器的像素和传输TR线的电路图；
图3A、图3B和图3C是根据一些示例性实施例的用于说明图像传感器中的传输TR线的分组的构思图；
图4是根据一些示例性实施例示出图像传感器的像素和传输TR线的电路图；
图5是示出图4的图像传感器的像素结构的主要部分的平面图；
图6A和6B是沿着图5的线VI-VI'的剖视图，示出了当截止电压和导通电压被施加到传输TR时的电位水平；
图7是示出包括与图5的图像传感器中的4-共享像素相对应的TR的单位共享的像素的构思图；
图8是示出图7的单位共享的像素中的光电二极管(PD)、传输栅极电极和浮置扩散(FD)区的电位的曲线图；
图9是沿着图5的图像传感器的线IX-IX'的剖视图；
图10是用于说明在制造图像传感器的过程中的工艺变化的剖视图；
图11是根据一些示例性实施例示出图像传感器的像素和传输TR线的电路图；
图12是示出图11的图像传感器的像素元件的主要部分的平面图；
图13是根据一些示例性实施例示出图像传感器的像素和传输TR线的电路图；
图14是示出图13的图像传感器的像素元件的主要部分的平面图；
图15是根据一些示例性实施例的图像传感器的框图；
图16是根据一些示例性实施例的包括图像传感器的电子设备的视图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述本发明的构思，其中示出了本发明构思的实施例。附图中相同的元件由相同的参考标号表示，并且将不再给出重复的说明。
图1A和图1B分别是根据一些示例性实施例示出图像传感器的像素和传输晶体管(TR)线的电路图、以及用于说明施加到像素的拜尔模式的构思图。
参考图1A和图1B，根据一些示例性实施例的图像传感器100可以包括：像素元件520(见图15)中的第一至第四像素Px1至Px4、第一至第四传输TR线TL1至TL4、以及行驱动电路RDr。
如图15所示，多个像素510可以被排列在(例如，可以包括)像素元件520中的二维(2D)阵列中。包括四个像素(即作为用于显示彩色图像的基本单元的第一至第四像素Px1至Px4)的像素组PG在图1A中示出。像素组PG可以包括多个像素510的正好四个像素。多个像素组PG也可以在第一方向(例如，x方向)和第二方向(例如，y方向)上被排列，并且因此像素组PG被排列在像素元件520中的2D阵列中。如图1A所示，像素组PG可以包括在第一方向和单独的第二方向上延伸的像素Px1至Px4的2D阵列。
图像传感器可以包括一个或多个像素组PG，所述像素组PG包括与拜尔模式相对应的颜色的排列(例如，“矩阵”)，如图1B中所示。包括与拜尔模式相对应的排列的像素组可以包括，例如，红色(R)和绿色(Gr)重复地(例如，“交替地”)位于其上的层、以及，例如，绿色(Gb)和蓝色(B)重复地(例如，“交替地”)位于其上的层。Gr和Gb颜色是相同的绿色，并且简单地用于方便地将位于R颜色所位于的层上的绿色区分于位于B颜色所位于的层上的绿色。然而，像素组PG的颜色排列(“配置”)不限于拜尔模式。例如，R颜色、G颜色、B颜色和白色(W)可以被包括在图像传感器的像素组PG中。即一个绿色(G)和一个W颜色而不是Gr颜色和Gb颜色可以被包括。在一些示例性实施例中，像R颜色和B颜色被交替排列在一层上且其间有G颜色的结构，即使当R颜色和B颜色以及两个G颜色被包括在一个像素组PG中时，R颜色、B颜色和G颜色的排列可以被改变，层和/或列之间的排列间隔可以被改变，或者R颜色、B颜色和G颜色可以以对角线结构被排列。本文使用的术语“颜色”可以指位于每一个像素(本文也称为“每一个给定像素”)中的滤色器。
第一至第四像素Px1至Px4的每一个像素可以包括：光电二极管(photodiode，PD)、传输晶体管(transfer transistor，传输TR 110)、浮置扩散区(floating diffusionregion，FD区120)、复位晶体管(reset transistor，复位TR 130)、源极跟随器晶体管(source follower transistor，源极跟随器TR140)和选择晶体管(selectiontransistor，选择TR 150)。传输TR 110、复位TR 130、源极跟随器TR 140和选择TR 150可以统称为像素TR，并且一个PD和与一个PD相对应的像素TR可以至少部分地包括单位像素。在一些实施例中，多个PD和与多个PD相对应的像素TR可以至少部分地包括单位共享像素(例如，可以至少部分地包括单独的像素)。在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，由于与一个PD相对应的像素TR全部被包括在一个像素中，所以第一至第四像素Px1至Px4中的每一个像素可以与单位像素相对应。以下将参考图4、图5和图11至图14更详细地说明单位共享的像素结构。
为了便于说明，将基于第一像素Px1来说明以下内容。
如图5、图12和图14中所示，在第一像素Px1中，第一PD PD1、FD区120、以及第一传输TR 110-1可以位于像素区PA(pixel area，像素区)中(例如，在公共像素区中)，并且复位TR 130、源极跟随器TR 140、以及选择TR 150可以位于TR区TA(TR area，晶体管区)中。作为结果，偶数数量的光电二极管PD可以共享FR区。复位TR 130、源极跟随器TR 140、以及选择TR 150可以，例如，在第二方向(例如，y方向)上，被顺序地排列在TR区TA中。然而，复位TR130、源极跟随器TR 140、以及选择TR 150被排列的方向不限于第二方向(例如，y方向)。
第一传输TR 110-1可以包括第一PD PD1、第一传输栅极电极TG1、以及FD区120，复位TR 130可以包括源极区、复位栅电极RG、以及FD区120，源极跟随器TR 140可以包括源极区、源极跟随器栅极电极FG、以及漏极区，并且选择TR 150可以包括漏极区、选择栅极电极SG、以及源极区。如电路图中所示，第一FD区120可以与第一传输TR 110-1的漏极区和复位TR 130的源极区相对应，并且可以被电连接到源极跟随器栅极电极FG。在一些示例性实施例中，复位TR 130的源极区和源极跟随器TR 140的漏极区可以被一起共享，并且电源电压VDD可以被施加到复位TR 130的源极区和源极跟随器TR 140的漏极区。源极跟随器TR 140的源极区和选择TR 150的漏极区可以被一起共享，并且选择TR 150的源极区可以被连接到列线170。
现在将简要地说明第一像素Px1中的操作。第一传输TR 110-1可以响应于第一传输控制信号TS1将在第一PD PD1中累积的光电荷传输到FD区120。复位TR 130可以响应于复位信号复位FD区120。源极跟随器TR 140可以根据FD区120的电压电平进行操作，并且选择TR 150可以响应于选择信号将第一像素Px1的输出信号输出到列线170。
第一至第四传输TR线TL1至TL4可以在第一方向(例如，x方向)上延伸，并且可以被连接到第一至第四像素Px1至Px4的第一至第四传输TR110-1至110-4的栅极电极，即第一至第四传输栅极电极TG1至TG4。第一至第四传输TR线TL1至TL4延伸的方向不限于第一方向(例如，x方向)。尽管图1A中示出了四个传输TR线，即第一至第四传输TR线TL1至TL4。第一至第四传输TR线TL1至TL4与一个像素组PG相对应。因此，多个传输TR线可以根据排列在第二方向(例如，y方向)上的像素或像素组PG的数量，在第二方向(例如，y方向)上进一步被排列。
第一至第四传输控制信号TS1至TS4可以通过第一至第四传输TR线TL1至TL4被施加到第一至第四传输栅电极TG1至TG4。在第一至第四PD PD1至PD4中累积的光信号可以响应于第一至第四传输控制信号TS1至TS4被传输到FD区120。
第一至第四传输控制信号TS1至TS4可以被同时地或顺序地施加到包括在一个像素组PG中的第一至第四传输TR 110-1至110-4。以供参考，由于在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，第一至第四像素Px1至Px4不具有共享的像素结构，所以第一至第四传输控制信号TS1至TS4到第一至第四传输TR 110-1到110-4的同时施加可以不引起问题。然而，当像素具有共享的像素结构时，由于像素共享除传输TR之外的像素TR，所以传输控制信号可以被顺序地施加到包括在一个像素组PG中的传输TR。
在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，从第一至第四传输控制信号TS1至TS4当中的至少两个可以具有不同的电压电平(例如，不同的电压幅度)。重述，第一至第四传输TR线TL1至TL4的至少两个传输晶体管线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。进一步重述，图像传感器100可以被配置为将具有不同电压幅度的传输控制信号施加到第一至第四传输TR线路TL1至TL4的至少两个传输晶体管线。例如，用于控制第一传输TR 110-1的导通/截止操作的第一传输控制信号TS1的电压电平(“电压幅度”)可以不同于用于控制第二至第四传输TR 110-2至110-4的导通/截止操作的第二至第四传输控制信号TS2至TS4的电压电平(“电压幅度”)。第一至第四传输控制信号TS1至TS4中的每一个可以包括导通信号和截止信号，并且在第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差的示例可以包括截止信号之间的电压电平差(“电压幅度差”)，或在导通信号与截止信号之间的电压电平差(“电压幅度差”)。
第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平(例如，电压幅度)差可以以各种方式发生。例如，从第一至第四传输控制信号TS1至TS4当中的任何一个传输控制信号可以具有与其它传输控制信号不同的电压电平，第一至第四传输控制信号TS1至TS4可以被划分为存在组之间的电压电平差的一些组，并且/或者所有第一至第四传输控制信号TS1至TS4可以具有不同的电压电平。以下将参考图3A至图3C更详细地说明根据第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差来分组第一至第四传输控制信号TS1至TS4的方法。
在第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差可以在像素组PG当中基本上相同。例如，当在图像传感器的第一像素组PG中的第一传输控制信号TS1与第二至第四传输控制信号TS2至TS4之间的电压电平差为ΔV时，相同的图像传感器的一个或多个其他像素组PG的每一个中的在第一传输控制信号TS1与第二至第四传输控制信号TS2至TS4之间的电压电平差可以为ΔV。正如这样，当在第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差在像素组PG当中相同时，多达四个电压电平可以与第一至第四传输控制信号TS1至TS4相关联。在一些示例性实施例中，当截至信号是(-)电压而不是接地电压，并且第一至第四传输控制信号TS1至TS4即使处于截至信号也具有电压电平差时，多达八个电压电平可以与第一至第四传输控制信号TS1至TS4相关联。
然而，第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差的构思不限于此。例如，第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差可以在像素组PG当中不同，并且在一些示例性实施例中，与图像传感器的像素组PG相关联的电压电平类型的数量可以被增加。
尽管未示出，但是连接到复位TR 130的栅电极的复位TR线(即复位栅电极RG)、以及连接到选择TR 150的栅电极的选择TR线(即选择栅电极SG)，可以在第一方向(例如，x方向)上延伸。然而，复位TR线和选择TR线延伸的方向不限于第一方向(例如，x方向)。复位信号可以通过复位TR线被施加到复位TR 130，并且选择信号可以通过选择TR线被施加到选择TR150。
行驱动电路RDr可以响应于由行解码器RDe所解码的多个行控制信号，将第一至第四传输控制信号TS1至TS4施加到第一至第四传输TR 110-1至110-4。重述，在一些示例性实施例中，行驱动电路RDr可以被配置为将具有不同幅度的电压施加到第一至第四传输TR线TL1至TL4的至少两个传输TR线。在一些示例性实施例中，行驱动电路RDr可以响应于行控制信号将复位信号施加到复位TR 130并且将选择信号施加到选择TR 150。
在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，行驱动电路RDr可以包括连接控制器190。连接控制器190可以通过使用开关将第一至第四传输TR线TL1至TL4连接到第一至第N主电源线ML1至MLn。具有不同电平的电压VTG1/NTG1、……、VTGn/NTGn可以分别被施加到第一至第N主电源线ML1至MLn。具有不同电平的电压VTG1/NTG1、……、和VTGn/NTGn可以是固定电压(例如，固定电压幅度)。因此，由于第一至第N传输TR线TL1至TLn分别被连接到用于通过连接控制器190供应电压的第一至第N主电源线ML1至MLn，所以不同电平的电压可以被施加到第一至第四传输TR线TL1到TL4。每一个主电源线可以是被配置为供应具有不同幅度的至少两个电压或具有一个幅度的电压的主电源线。
不同电平的电压可以与第一至第四传输控制信号TS1至TS4相对应。
当第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差在像素组PG当中相同时，多达四个电压电平可以被施加到传输TR线，并且因此四个主电源线(例如，第一至第四主电源线ML1至ML4)可以被包括在图像传感器中。在一些示例性实施例中，由于导通信号和截止信号可以通过一个主电源线被一起施加，所以即使当具有(-)电压的截止信号具有电平差时，四条主电源线(例如，第一至第四主电源线ML1至ML4)可以足够。如果第一至第四传输控制信号TS1至TS4之间的电压电平差在像素组PG当中不同，则与施加到传输TR线的信号相关联的电压电平类型的数量可以被增加到4或更多，并且与电压电平类型相对应的第一至第n主电源线ML1至MLn的数量也可以增加到4以上。
连接控制器190可以包括，诸如场效应晶体管(field-effect transistor，FET)、继电器、磁开关或固态继电器的各种开关中的任何。在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，尽管连接控制器190位于行驱动电路RDr中，但是连接控制器190的位置不限于此。例如，连接控制器190可以位于行驱动电路RDr的外部。换句话说，只要第一至第n主电源线ML1至MLn与第一至第四传输TR线TL1至TL4可以适当地互相连接，则连接控制器190可以位于任何位置。
根据一些示例性实施例的图像传感器100可以通过使用连接控制器190适当地连接用于将不同电平的电压提供给第一至第四传输TR线TL1至TL4的第一至第n主电源线ML1至MLn。因此，不同电平的电压(即第一至第四传输控制信号TS1至TS4)可以通过第一到第四传输TR线TL1到TL4被施加到第一至第四像素Px1至Px4中的第一至第四传输TR 110-1至110-4。第一至第四传输控制信号TS1至TS4的不同电平的电压可以与用于根据像素和/或PD来优化第一至第四传输TR 110-1至110-4的操作的电压相对应。因此，根据一些示例性实施例的图像传感器100可以改善图像传感器100的电特性，例如，满阱容量(full wellcapacity，FWC)、图像滞后、回流或电子回流、或泄漏，并且可以改善晶片成品率。
根据一些示例性实施例的图像传感器100可以是互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)图像传感器。如以下所述，CMOS图像传感器可以具有诸如共享结构或非共享结构的各种结构中的任何，并且由于根据结构的工艺变化，用于优化传输TR的传输控制信号的条件可以在相邻像素和/或相邻PD之间不同。在一些示例性实施例中，由于布局结构、读出方案等，耦合差可以根据相邻像素和/或相邻PD发生，并且因此用于优化传输控制信号的条件可以在相邻像素和/或相邻的PD之间不同。传输控制信号可以包括传输TR的导通信号的电压VTG和截止信号的电压VNTG，并且截止信号的电压VNTG可以是接地电压或(-)电压。正如这样，尽管用于优化传输控制信号的条件在相邻像素和/或相邻PD之间不同，但是当具有相同电压电平的传输控制信号被施加到相邻像素和/或相邻PD时，传输TR的操作特性可能不好，并且图像传感器的电特性可能不好。然而，由于根据一些示例性实施例的图像传感器100根据相邻像素和/或相邻PD将具有优化的电压电平的传输控制信号分别施加到传输TR，所以上述问题可以被解决。
图2是根据一些示例性实施例示出图像传感器100a的像素和传输TR线的电路图。
参考图2，根据一些示例性实施例的图像传感器100a可以在行驱动电路RDr中的连接控制器190a和主电源线ML的配置方面不同于图1A的图像传感器100。详细地，在根据一些示例性实施例的图像传感器100a中，连接控制器190a可以包括可变电阻器，并且可以存在一个主电源线ML1A。换句话说，一个固定电压VTG/NTG(例如，具有一个幅度的电压)可以通过一个主电源线ML1A被供应，并且所供应的电压VTG/NTG的电平可以通过连接控制器190a的可变电阻器来被改变，并且具有所改变的电平的电压VTG/NTG可以被施加到第一至第四传输TR线TL1至TL4。
连接控制器190a可以包括各种可变电阻器中的任何。可变电阻器的示例可以根据电阻器的材料包括：碳膜可变电阻器、金属陶瓷可变电阻器、绕线可变电阻器、以及导电塑料可变电阻器。在一些示例性实施例中，可变电阻器的示例可以根据类型包括：面板安装电位器、电位器、微调电位器、多圈精密电位器、以及IC(integrated circuit，集成电路)电位器。
根据一些示例性实施例的图像传感器100a可以通过由使用连接控制器190a将不同电平的电压施加到第一至第四传输TR线TL1至TL4，来将优化后的电平的电压(即第一至第四传输控制信号TS1至TS4)施加到第一至第四像素Px1至Px4中的第一至第四传输TR110-1至110-4。然而，不同于图1A的图像传感器100，根据一些示例性实施例的图像传感器100a可以通过一个主电源线TL使用一个固定电压VTG/NTG。因此，根据一些示例性实施例的图像传感器100a可以根据像素和/或PD来优化第一至第四传输TR 110-1至110-4的操作，从而改善图像传感器100a的电特性并改善晶片成品率。
图3A、图3B和图3C是根据一些示例性实施例的用于说明图像传感器100中的传输TR线的分组的构思图。
参考图3A，在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，第一至第四传输TR线TL1至TL4可以根据像素组PG中的PD(见图1A)来被分组。例如，连接到第一PD PD1的传输TR的第一传输TR线TL1可以至少部分地包括第一组LG1，连接到第二PD PD2的传输TR的第二传输TR线TL2可以至少部分地包括第二组LG2，连接到第三PD PD3的传输TR的第三传输TR线TL3可以至少部分地包括第三组LG3，并且连接到第四PD PD4的传输TR的第四传输线TL4可以至少部分地包括第四组LG4。在一些示例性实施例中，尽管图3A中未示出，根据PD的传输TR线的相同的分组可以施加到其他像素组。
正如这样，当传输TR线根据像素组PG中的PD被分组时，四个不同电平的电压可以作为传输控制信号被施加。因此，至少四个主电源线(即第一至第四主电源线ML1至ML4)可以被包括在图像传感器中。
像素组PG可以基本上包括第一至第四像素Px1至Px4(见图1A)。在一些示例性实施例中，每一个像素可以包括一个PD或两个PD。当每一个像素包括一个PD时，根据像素组PG中的PDs的传输TR线的分组和根据像素组PG中的像素的传输TR线的分组可以提供相同的效果。然而，当每一个像素包括两个PD时，根据像素组PG中的PDs的传输TR线的分组和根据像素组PG中的像素的传输TR线的分组可以提供不同的效果。即当传输TR线根据PD被分组时，八个组可以被形成，并且当传输TR线根据像素被分组时，四个组可以被形成。当传输TR线根据像素被分组时，连接到形成一个像素的两个PD的传输TR的两个传输TR线属于一组。
参考图3B，在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，像素组PG中的两个相邻的传输TR线可以被分组。因此，第一传输TR线TL1和第二传输TR线TL2可以至少部分地包括第一组LG1，并且第三传输TR线TL3和第四传输TR线TL4可以至少部分地包括第四组LG4。传输TR线的分组可以以更多各种方式来被选择。例如，第一传输TR线TL1和第三传输TR线TL3可以至少部分地包括第一组LG1，并且第二传输TR线TL2和第四传输TR线TL4可以至少部分地包括第二组LG2。或者，第一传输TR线TL1可以至少部分地包括第一组LG1，并且第二至第四传输TR线TL2至TL4可以至少部分地包括第二组LG2。
正如这样，当分组在像素组PG中的传输TR线当中被执行时，多达三个不同电平的电压可以作为传输控制信号被包括。因此，多达三个主电源线(例如，第一至第三主电源线ML1至ML3)可以被包括在图像传感器中。为何多达三个电压电平被使用的原因是每一个传输TR线至少部分地包括每一个组的情况属于根据PD或像素的分组并因此被排除。
以供参考，由于第一至第四传输TR线TL1至TL4在第一方向(例如，图1A的x方向)，即行方向上延伸，根据图3A的PD的分组和图3B的传输TR线当中的分组中的每一个可以被称为行线分组。然而，根据一些示例性实施例的图像传感器100中的传输TR线的分组不限于行线分组。例如，列线分组可以根据传输TR线路延伸的方向来被执行。
参考图3C，在根据一些示例性实施例的图像传感器100中，传输TR线可以根据像素组PG中的颜色通道被分组。例如，如图1A中所示，当第一像素Px1与Gb颜色通道CH1相对应、第二像素Px2与B颜色通道CH2相对应、第三像素Px3与R颜色通道CH3相对应、以及第四像素Px4与Gr颜色通道CH1相对应时，与Gb和Gr颜色通道CH1相对应的第一传输TR线TL1和第四传输TR线TL4可以至少部分地包括第一组LG1，与B颜色通道CH2相对应的第二传输TR线TL2可以至少部分地包括第二组LG2，并且与R颜色通道CH3相对应的第三传输TR线TL3可以至少部分地包括第三组LG3。在一些示例性实施例中，Gb和Gr颜色通道CH1中的每一个可以被分组。正如这样，当Gb和Gr颜色通道CH1中的每一个被分组，并且颜色按如图1B中所示的拜尔模式被排列时，根据颜色通道的分组可以与图3A的根据PD的分组基本上相同。然而，当颜色按除拜尔模式之外的模式被排列时，根据颜色通道的分组可以与根据PD的分组不同。
重述，包括在图像传感器中的多个像素可以包括像素区中的至少一个像素组PG，至少一个像素组中的每一个像素组可以包括多个像素中的四个像素，包括在至少一个像素组的一个像素组中的四个像素可以分别对应于一个红色通道(例如，第三像素Px3对应于R颜色通道CH3)、一个蓝色通道(例如，第二个像素Px2对应于B颜色通道CH2)、以及两个绿色通道(例如，第一像素Px1对应于Gb颜色通道CH1，第四像素Px4对应于Gr颜色通道CH1)，并且一个像素组可以包括具有与包括在一个像素组中的光电二极管的数量相对应的数量并被配置为根据通道接收不同幅度的电压的传输晶体管线的多个像素组。
尽管已经说明了传输TR线的各种分组方法，但是本发明的构思不限于此。例如，传输TR线可以根据像素和/或PD的实际特性，以各种方式被分组。在一些示例性实施例中，尽管传输TR线在像素组PG当中以相同的方式被分组，但是本发明的构思不限于此。例如，传输TR线可以在像素组PG当中以不同的方式被分组。
图4是根据一些示例性实施例示出图像传感器200的像素和传输TR线的电路图。图5是示出图4的图像传感器200的像素元件的主要部分的平面图。
参考图4和图5，根据一些示例性实施例的图像传感器200可以不同于图1A的图像传感器100，其不同之处在于4-共享像素4-SP的二维阵列被包括在像素元件520(见图15)中。详细地，在根据一些示例性实施例的图像传感器200中，4-共享像素4-SP可以位于像素区PA中，并且除传输TR 210之外的复位TR 230、源极跟随器TR 240、以及选择TR 250可以位于TR区TA中。两个4-共享像素(例如，第一和第二4-共享像素SP1和SP2)可以在第一方向(例如，x方向)上互相邻接。尽管在图4和图5中仅示出了两个4-共享像素，即第一和第二共享像素SP1和SP2。多个4-共享像素510可以在第一方向(例如，x方向)和第二方向(例如，y方向)上被排列在2D阵列中，如图15中所示。
在根据一些示例性实施例的图像传感器200中，四个像素可以至少部分地包括一个4-共享像素4-SP。例如，第一4-共享像素SP1可以被配置为使得四个PD(例如，第一至第四PD1至PD4)围绕并共享一个FD区220。重述，每一个光电二极管PD可以是单独的像素，并且四个像素可以分别位于至少部分地围绕浮置扩散区的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中。第二4-共享像素SP2也可以被配置为使得四个PD(即，第一至第四PD PD1至PD4)共享FD区220。在根据一些示例性实施例的图像传感器200中，一个PD可以至少部分地包括一个像素。因此，除非另有明确描述，否则PD和像素可以被互换地使用。
在4-共享像素4-SP中，一个FD区220的由四个PD(即第一至第四PDPD1至PD4)的共享，可以通过分别与第一至第四PD PD1至PD4相对应的传输TR 210(如图4中的电路图所示)来被执行。详细地，与第一PD PD1相对应的第一传输TR 210-1、与第二PD PD2相对应的第二传输TR 210-2、与第三PD PD3相对应的第三传输TR 210-3、以及与第四PD PD4相对应的第四传输TR 210-4可以共享FD区220作为公共漏极区。
4-共享像素4-SP中共享的构思不仅可以包括一个FD区220的由四个PD(即第一至第四PD PD1至PD4)的共享，而且还可以包括除传输TR210之外的复位TR 230、源跟随器TR240、以及选择TR 250的由第一至第四PD PD1至PD4的共享。即构成4-共享像素4-SP的第一至第四PD PD1至PD4可以共享复位TR 230、源极跟随器TR 240和选择TR 250。复位TR 230、源极跟随器TR 240和选择TR 250可以位于在第二方向(例如，y方向)上的TR区TA中。
除复位TR 230、源极跟随器TR 240和选择TR 250被四个PD(即第一至第四PD PD1至PD4)共享之外，排列或操作可以与位于图1A的图像传感器100的像素中的每一个中的复位TR 130、源极跟随器TR 140和选择TR150中的每一个的排列或操作基本上相同。现在将参考图4的电路图简要地说明TR 210、230和240与FD区220之间的连接关系。四个PD(即第一至第四PD PD1至PD4)可以被连接到分别与第一至第四PD PD1至PD4相对应的四个传输TR 210的源极区。传输TR 210中的每一个的漏极区可以被连接到复位TR 230的源极区。传输TR210的公共漏极区可以与FD区220相对应。FD区220可以被连接到源极跟随器TR 240的栅极电极，即源极跟随器栅极电极FG。复位TR 230的漏极区和源极跟随器TR 240的漏极区可以被共享，并且电源电压VDD可以被施加到复位TR 230的漏极区和源极跟随器TR 240的漏极区。源极跟随器TR 240的源极区和选择TR 250的漏极区可以被共享，并且列线270可以被连接到选择TR 250的源极区。选择TR250的源极区的电压可以作为输出信号被输出到列线270。
在根据一些示例性实施例的图像传感器200中，单位共享像素可以包括一个4-共享像素4-SP，并且与4-共享像素4-SP相对应的TR区TA的复位TR 230、源跟随器TR 240和选择TR 250、以及数量与共享PD的数量相对应的传输TR 210可以被包括在4-共享像素4-SP中。重述，图像传感器200的多个传输TR线的数量可以与包括在图像传感器200的共享像素(例如，SP1、SP2等)中的光电二极管PD的数量相对应。这样的传输TR线可以被配置为接收具有不同幅度的电压。如上所述，TR区TA的复位TR 230、源极跟随器TR 240和选择TR 250、以及传输TR 210被称为像素TR。根据一些示例性实施例的图像传感器200可以是，例如，CMOS图像传感器。
根据一些示例性实施例的图像传感器200可以包括行驱动电路RDr中的连接控制器290。连接控制器290的配置和功能与图1A的图像传感器100的连接控制器190的配置和功能相同。因此，根据一些示例性实施例，多个主电源线(例如，用于供应具有不同电平的固定电压VTG1/NTG1、……、VTGn/NTGn的第一至第N主电源线ML1至MLn)可以在图像传感器200中被提供。在一些示例性实施例中，第一至第N主电源线ML1至MLn可以通过作为开关器件的连接控制器290被连接到第一至第四传输TR线TL1至TL4，并且可以将不同电平的电压施加到第一至第四PD PD1至PD4的传输TR 210。
根据一些示例性实施例的图像传感器200可以使用图2的图像传感器100a的连接控制器190a和主电源线ML来代替连接控制器290和第一至第N主电源线ML1至MLn。在一些示例性实施例中，图3A至图3C的传输TR线的各种分组方法可以施加到根据一些示例性实施例的图像传感器200。
根据一些示例性实施例的图像传感器200可以通过由使用连接控制器290将不同电平的电压施加到第一至第四传输TR线TL1至TL4，将优化后的电平(即第一至第四传输控制信号TS1至TS4)施加到4-共享像素4-SP中的第一至第四传输TR 210-1至210-4。因此，根据一些示例性实施例的图像传感器200可以根据像素和/或PD来优化第一至第四传输TR210-1至210-4的操作，从而改善图像传感器200的电特性并改善晶片成品率。
图6A和6B是沿着图5的线VI-VI’的剖视图，示出了当截止电压和导通电压被施加到传输TR 210时的电位水平。图6A示出了截止电压被施加到第一传送TR 210-1和第三传送TR 210-3的状态。图6B示出了导通电压被施加到第一传输TR 210-1和第三传送TR 210-3的状态。第一传输栅电极TG1可以是第一传输TR 210-1的栅电极，第三传输栅电极TG3可以是第三传输TR 210-3的栅电极。以下将参考图5进行说明。
参考图6A，当相同的截止电压被施加到第一传输TR 210-1和第三传输TR 210-3时，与第一和第三传输栅电极TG1和TG3相对应的部分可以具有不同的电位水平，如由实线所标记，例如，由于像素之间的工艺变化和/或布局结构差异。由于与第一和第三传输栅极电极TG1和TG3相对应的部分具有不同的电平，所以第一像素的第一PD PD1的FWC可以小于第三像素的第三PD PD3的FWC，并且因此灵敏度差异可以在第一PD PD1和第三PD PD3之间发生，并且由于灵敏度的降低，第一像素的电特性可以被降低。重述，包括在多个像素中的多个传输晶体管210可以分别被配置为基于包括在多个像素中的多个光电二极管PD中的每一个光电二极管PD的满阱容量(FWC)的电位幅度，通过多个传输晶体管线来接收具有不同幅度的截止电压。包括在多个像素中的多个传输晶体管210可以包括：与具有第一满阱容量(FWC)电位幅度的光电二极管相对应的第一组晶体管、以及与具有第二满阱容量(FWC)电位幅度的光电二极管PD相对应的单独的第二组晶体管。第二满阱容量电位幅度可以大于第一满阱容量电位幅度。第一组晶体管可以被配置为接收第一截止电压，并且第二组晶体管可以被配置为接收第二截止电压，其中第二截止电压具有大于第一截止电压的幅度的幅度。
当大于第三传输TR 210-3的截止电压的截止电压被施加到第一传输TR210-1时，例如，当作为(-)电压并具有较大的绝对值的截止电压被施加到第一传输TR 210-1，电位水平可以被增加A1，如由虚线所标记。所增加的电位水平A1可以作为势垒活动以将第一PDPD1的FWC增加到与第三PD PD3的FWC几乎相同的水平。因此，第一PD PD1和第三PD PD3之间的FWC变化可以被改善，并且图像传感器200的电特性可以通过将不同电平的截止电压施加到第一传输TR 210-1和第三传输TR 210-3被改善。或者，FWC变化可以通过将更弱的截止电压施加到第三传输TR 210-3以减小第三PD PD3的FWC被改善。
参考图6B，由虚线框所标记的部分指示在施加导通电压之前，与第一和第三传输栅极电极TG1和TG3相对应的部分的电位水平，即当截止电压被施加并与图6A的由实线所标记的部分几乎相同时。在一些示例性实施例中，与更低粗虚线相对应的部分指示当相同的导通电压被施加到第一传输TR210-1和第三传输TR 210-3时的电位水平，并且示出第一传输TR 210-1和第三传输TR 210-3几乎相同。
如图6A和图6B中所示，第三PD PD3的基极电位水平(“基极电位幅度”)可以低于第一PD PD1的基极电位水平(“基极电位幅度”)。例如，当导通电压被施加时，第三PD PD3的基极电位水平可能低于电位水平。由于像素之间的工艺变化和/或布局结构差异，第三PD PD3可以具有这样的基极电位水平。当第三PD PD3具有这样的基极电位水平，并且导通电压被施加时，第一PD PD1中的电荷可以全部移动到FD区FD，而第三PD PD3中的电荷可以不全部移动到FD区FD，一些电荷可以保留在第三PD PD3中。在第三PD PD3中保留的电荷可以作为图像传感器200的误差因素，诸如泄漏。重述，包括在多个像素中的多个传输晶体管210可以分别被配置为基于包括在多个像素中的多个光电二极管PD中的每一个光电二极管PD的基极电位水平，通过多个传输晶体管线来接收具有不同幅度的导通电压。包括在多个像素中的多个传输晶体管210可以包括：与具有第一基极电位幅度的光电二极管PD相对应的第三组晶体管、以及与具有第二基极电位幅度的光电二极管PD相对应的单独的第四组晶体管。第二基极电位幅度可以大于第一基极电位幅度。第三组晶体管可以被配置为接收第一导通电压，以及第四组晶体管可以被配置为接收第二导通电压，并且第一导通电压可以具有大于第二导通电压的幅度。第一和第二组晶体管可以不与第三和第四组晶体管相互排斥。例如，第三组晶体管可以包括在第一组晶体管中包括的晶体管。
当比第一传输TR 210-1的导通电压更强的电压被施加到第三传输TR210-3时，电位水平可以被减小A2，如由实线所标记。因此，用作势垒的电位水平A2可以被移除，并且在第三PD PD3中保留的电荷可以全部移动到FD区FD。作为结果，图像传感器200的电特性可以被改善。
图7是示出包括与图5的图像传感器200中的4-共享像素相对应的TR的单位共享像素的构思图。图8是示出图7的单位共享像素中的PD、传输栅极电极和FD区的电位的曲线图。
参考图7和图8，FD区和分别与第一至第四PD PD1至PD4相对应的传输栅电极的耦合状态可以不同。例如，FD区和传输栅电极之间的电容可以不同，例如，由于像素之间的工艺变化和/或布局结构差异。
根据耦合状态差异，如图8的曲线图所示，当导通电压被施加到第一传输栅极电极TG1和第二传输栅电极TG2时的FD区FD的电位水平，与当导通电压被施加到第三传输栅极电极TG3和第四传输栅电极TG4时的FD区FD的电位水平可以互相不同。相反地，当导通电压被施加到第一至第四传输栅极电极TG1至TG4时，FD区FD的电压电平可以互相不同。当导通电压被施加时，TGH部分指示与第一至第四传输栅电极TG1至TG4相对应的部分的电压电平。
回流可以随着FD区FD和第一至第四传输栅电极TG1至TG4之间的电位差减小而增加。例如，当导通电压被施加到第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2时，回流可以很大。因此，TGH部分的电压电平可以通过减小施加到第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2的导通电压来增加，从而限制和/或防止回流。换句话说，回流可以通过使施加到第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2的导通电压小于施加到第三传输栅电极TG3和第四传输栅电极TG4的导通电压来避免。
图9是沿着图5的图像传感器200的线IX-IX’的剖视图。以下将参考图5和图9进行说明。
参考图9，第一至第四PDs PD1至PD4以及像素TR 210、230、240和250可以被形成在半导体衬底201上形成的半导体阱区202中。半导体衬底201可以是，例如，p型半导体衬底。然而，半导体衬底201不限于p型半导体衬底。作为p型区的半导体阱区202可以被形成在半导体衬底201上，并且第一至第四PD PD1至PD4以及像素TR 210、230、240和250可以被形成在半导体阱区202中。第一至第四PDs PD1至PD4中的每一个可以包括作为上区的p型半导体区203和作为下区的n型半导体区204。p型半导体区203可以是p型高浓度杂质区。传输TRs210可以包括作为n型半导体区的FD区220、第一至第四PD PD1至PD4、以及第一至第四传输栅极电极TG1至TG4，并且第一至第四传输栅极电极TG1至TG4可以被形成在栅极绝缘膜205上。FD区220可以是n型高浓度杂质区。尽管图9中未示出。FD区220可以通过布线280被电连接到复位TR 230的源极区和源极跟随器TR 240的源极跟随器栅极电极FG。
用于分离第一至第四PD PD1至PD4的第一器件隔离区IS1可以被形成在像素区PA中。第一设备隔离区IS1可以包括作为上层膜的绝缘膜207和作为下层膜的半导体层206。绝缘膜207可以是，例如，诸如二氧化硅(SiO2)膜的氧化膜。半导体层206可以是，例如，p型高浓度杂质层。用于从第一至第四PD PD1至PD4中分离复位TR 230、源极跟随器TR 240和选择TR 250的第二器件隔离区IS2可以被形成在TR区TA中。第二器件隔离区IS2可以包括作为上层膜的绝缘层208和作为下层膜的半导体层(未示出)。绝缘层208可以是诸如二氧化硅膜的氧化膜，并且半导体层可以是p型高浓度杂质层。
在根据一些示例性实施例的图像传感器200中，尽管第一器件隔离区IS1和第二器件隔离区IS2中的每一个包括绝缘膜和高浓度杂质层，但是第一器件隔离区IS1和第二器件隔离区IS2的结构不限于此。虽然图9中未示出，但是在像素元件520(见图15)和外围电路单元之间形成的器件隔离区和在外围电路单元中形成的器件隔离区可以各自具有浅沟槽隔离(shallow trenchisolation，STI)结构，其中在半导体衬底201中或半导体阱区202中形成的沟槽被绝缘膜填充。
多层布线层260可以被形成在像素区PA的第一至第四PD PD1至PD4、FD区220、和传输TR 210上，以及在TR区TA的复位TR 230、源极跟随器TR 240、和选择TR 250上。多层布线层260可以包括，例如，多个布线262和层间绝缘膜264。布线262可以包括将FD区220电连接到复位TR 230的源极区和源极跟随器TR 240的源极跟随器栅电极FG的布线280的部分。在一些示例性实施例中，用于垂直地连接布线262或将布线262连接到栅电极或源极/漏极区的垂直触点可以被包括在多层布线层260中。
尽管图9中未示出，平坦化膜可以位于多层布线层260上，并且滤色器和微透镜可以位于平坦化膜或滤色器上，并且微透镜可以位于半导体衬底201的底表面上。滤色器和微透镜位于多层布线层260上的结构被称为前侧感光(front side illumination，FSI)结构，以及滤色器和微透镜位于半导体衬底201的底表面上的结构被称为背部感光(back sideillumination，BSI)结构。
通常地，传输TR 210可以关于FD区220对称，并且传输TR 210的第一至第四传输栅电极TG1至TG4也可以水平地与第一至第四PD PD1至PD4以及FD区220几乎接触或重叠。然而，如图9中所示，传输栅电极，例如，第二传输栅电极TG2和第三传输栅电极TG3，由于工艺变化，可以与第二PD PD2和第三PD PD3的水平地间隔开(例如，从与彼此的直接接触隔离)，并且可以互相不对称。例如，第二传输栅极电极TG2和第二PD PD2之间的第一距离S1和第三传输门TG3与第三PD PD3之间的第二距离S2可以互相不同。
正如这样，由于第一至第四传输栅极电极TG1至TG4的结构之间由于工艺变化而导致的差异，如上参考图6A至图8所述，电位水平差可以发生在第一至第四传输栅极电极TG1至TG4的导通电压或截止电压下，从而降低图像传感器200的电特性。
图10是用于说明在制造图像传感器的过程中的工艺变化的剖视图。以下将参考图5和图10进行说明。
参考图10，在制造图像传感器的过程中，通过使用PR掩模710将离子注入到半导体阱区202的上部分的离子注入工艺IIP可以被执行。特别地，在第一至第四传输栅电极TG1至TG4被形成之前，离子注入工艺IIP可以在第一至第四传输栅电极TG1至TG4的下部分被执行。如图10中所示，第一至第四传输栅电极TG1至TG4要被形成的部分，例如，第二传输栅电极TG2要被形成的部分，可以不被准确地打开，并且注入工艺IIP可以被执行。因此，第二传输栅电极TG2的第二传输TR 210-2和其它传输TR 210-1、210-3和210-4的电特性可以不同。例如，第二传输栅极电极TG2与第二PD PD2或FD区220之间的耦合特性可以不同于第一、第三和第四传输栅极电极TG1、TG3和TG4与第一、第三、以及第四PD PD1、PD3、PD4或FD区220之间的耦合特性。
作为结果，离子注入工艺IIP的变化可以引起关于在第一至第四传输栅极电极TG1至TG4的导通电压或截止电压下的电位水平差，以及如上参考图6A至图8所述的图像传感器的电特性的问题。
图11是根据一些示例性实施例示出图像传感器300的像素和传输TR线的电路图。图12是示出图11的图像传感器300的像素元件的主要部分的平面图。
参考图11和图12，在根据一些示例性实施例的图像传感器300中，八个像素可以至少部分地包括一个或多个8-共享像素8-SP的二维阵列。例如，8-共享像素8-SP可以被配置为使得在第一方向(例如，x方向)上相邻的四个PD对PD1-PD2、PD3-PD4、PD5-PD6和PD7-PD8被排列在第二方向(例如，y方向)上。在一些示例性实施例中，8-共享像素8-SP可以包括第一子共享像素SSPa，其中四个上PD(即第一至第四PD PD1至PD4)围绕并共享一个上FD区320a，以及第二子共享像素SSPb，其中四个下PD(即第五至第八PDs PD5至PD8)围绕并共享一个下FD区320b。上FD区320a和下FD区320b可以通过经由布线380互相连接而作为一个FD区320，以形成等电位。因此，8-共享像素8-SP可以具有八个PD(即第一至第八PD PD1至PD8)共享一个FD区320的结构。FD区320可以通过布线380被连接到复位TR 330的源极区，并且还可以被连接到源极跟随器TR 340的源极跟随器栅极电极FG。因此，FD区320、复位TR 330的源极区、以及源极跟随器栅电极FG可以形成等电位。
在8-共享像素8-SP中，一个FD区的由八个PD(即第一至第八PD PD1至PD8)的共享可以通过分别与如图11中所示的第一至第八PD相对应的传输TR 310被执行。详细地，在第一子共享像素SSPa中，与四个PD(即，第一至第四PD PD1至PD4)相对应的四个传输TR 310-1a至310-4a可以共享上FD区320a作为公共漏极区。在一些示例性实施例中，在第二子共享像素SSPb中，与四个PD(即，第五至第八PD PD5至PD8)相对应的四个传输TR 310-1b至310-4b可以共享下FD区320b作为公共源极区。如上所述，上FD区320a和下FD区320b可以通过经由布线380互相电连接而形成一个FD区320。
8-共享像素8-SP中共享的构思可以不仅包括一个FD区的由八个PD(即第一至第八PD PD1至PD8)的共享，而且还可以包括位于TR区TA中的复位TR 330、虚拟TR 390、源极跟随器TR 340、以及选择TR 350的共享。虚拟TR 390可以位于复位TR 330和源极跟随器TR 340之间。虚拟TR 390可以起电流路径的作用，并且如果可能，可以被省略。因此，以下将假设虚拟TR 390被省略进行说明。
在根据一些示例性实施例的图像传感器300中，两个PD可以至少部分地包括一个像素。例如，第一PD PD1和第二PD PD2可以至少部分地包括第一像素Px1，第三PD PD3和第四PD PD4可以至少部分地包括第二像素Px2，第五PD PD5和第六PD PD6可以至少部分地包括第三像素Px3，以及第七PD PD7和第八PD PD8可以至少部分地包括第四像素Px4。正如这样，由于两个PD至少部分地包括一个像素，所以第一至第八传输TR线TL1至TL8的分组可以在根据PD的分组和根据像素的分组之间不同。例如，当分组根据PD被执行时，八个组可以被形成，并且八个主电源线(例如，第一至第八ML1至ML8)可以被包括在图像传感器中。当分组根据像素被执行时，四个组可以被形成，并且四个主电源线(例如，第一至第四ML1至ML8)可以被包括在图像传感器中。
现在将参考图11的电路图来说明传输TR 310、FD区320、复位TR 330和选择TR 350之间的连接关系。第一子共享像素SSPa的四个PD(即第一至第四PD PD1至PD4)可以被连接到分别与第一至第四PD PD1-PD4相对应的四个传输TR 310-1a至310-4a的源极区。在一些示例性实施例中，第二子共享像素SSPb的四个PD(即第五至第八PD PD5至PD8)可以被连接到分别与第五至第八PD PD5至PD8相对应的四个传输TR 310-1b至310-4b的源极区。第一子共享像素SSPa和第二子共享像素SSPb的传输TR 310可以共享包括上FD区320a和下FD区320b的FD区320作为公共漏极区。位于TR区TA中的复位TR 330、源极跟随器TR 340和选择TR350的结构、功能和连接关系与图1A或图4的图像传感器100或200的结构、功能和连接关系基本上相同，并且因此将不给出其详细说明。
在根据一些示例性实施例的图像传感器300中，单位共享像素可以包括一个8-共享像素8-SP，并且位于TR区中的复位TR 330、源极跟随器TR 340和选择TR 350TA、以及数量与共享PD的数量相对应的传输TR 310可以被包括在8个共享像素8-SP中。例如，在根据一些示例性实施例的图像传感器300中，单位共享像素可以包括：八个PD(即第一至第八PD PD1至PD8)、八个传输TR 310、复位TR 330、源极跟随器TR 340、以及选择TR 350。根据一些示例性实施例的图像传感器300可以是，例如，CMOS图像传感器。
图13是根据一些示例性实施例示出图像传感器400的像素和传输TR线的电路图。图14是示出图13的图像传感器400的像素元件的主要部分的平面图。
参考图13和图14，在根据一些示例性实施例的图像传感器400中，两个像素可以至少部分地包括一个2-共享像素2-SP。例如，2-共享像素2-SP可以包括在第二方向(例如，y方向)上相邻的两个PD(例如，第一和第二PDPD1和PD2)。在一些示例性实施例中，2-共享像素2-SP可以具有两个PD(例如，第一和第二PD PD1和PD2)垂直地共享一个FD区420的结构。
在2-共享像素2-SP中，一个FD区420的由两个PD(即第一和第二PDPD1和PD2)的共享可以通过分别与第一和第二PD PD1和PD2相对应的传输TR 410被执行。详细地，与第一和第二PD PD1和PD2相对应的两个传输TR(即第一和第二传输TR 410-1和410-2)可以共享FD区420作为公共漏极区。
2-共享像素2-SP中共享的构思不仅可以包括一个FD区420的由两个PD(即第一和第二PD PD1和PD2)的共享，而且还可以包括共享复位TR 430、源极跟随器TR 440、以及选择TR 450的由第一和第二PD PD1和PD2的共享。复位TR 430、源极跟随器TR 440和选择TR 450可以位于与像素区PA相邻的TR区TA中。
如图11中所示，根据一些示例性实施例的图像传感器400的2-共享像素2-SP的结构可以与图5的图像传感器200的4-共享像素4-SP的结构的一半相对应。换句话说，当根据一些示例性实施例的图像传感器400的两个2-共享像素2-SP被组合成关于y轴的镜像对称时，图5的图像传感器的4-共享像素4-SP 200可以被得到。根据一些示例性实施例的图像传感器400的2-共享像素2-SP的结构将会通过使用图5的图像传感器200的4-共享像素4-SP的结构而被理解。并且因此，将不给出其详细说明。在一些示例性实施例中，根据一些示例性实施例的图像传感器400的复位TR 430、源极跟随器TR 440和选择TR 450的结构、功能和连接关系可以与图4的图像传感器200的复位TR 230、源极跟随器TR 240和选择TR 250的结构、功能和连接关系基本上相同，并且因此，将不给出详细说明。
在根据一些示例性实施例的图像传感器400中，单位共享像素可以包括两个PD(即第一和第二PD PD1和PD2)、两个传输TR(即第一和第二传输TR 410-1和410-2、复位TR 430、源极跟随器TR 440、以及选择TR 450。根据一些示例性实施例的图像传感器400可以是，例如，CMOS图像传感器。
图15是根据一些示例性实施例的图像传感器500的框图。
参考图15，根据一些示例性实施例的图像传感器500可以包括像素元件520和外围电路单元。像素元件520可以被配置为使得各自包括光电转换器件的多个像素510被规则地排列在半导体衬底501上的2D阵列中。光电转换器件可以是，例如，PD。在一些示例性实施例中，像素510中的每一个可以是由图1A至图2的图像传感器100和100a中的任何所使用的单位像素，或者包括由图4、图5和图11至图14的图像传感器200、300和400中的任何所使用的共享像素SP和与共享像素SP相对应的TR区TA的TR的单位共享像素。
外围电路单元可以位于像素元件520周围，并且可以包括垂直驱动电路540、列信号处理电路550、水平驱动电路560、输出电路570、以及控制电路580。
控制电路580可以控制垂直驱动电路540、列信号处理电路550和水平驱动电路560。例如，控制电路580可以基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生用于操作垂直驱动电路540、列信号处理电路550和水平驱动电路560的时钟信号或控制信号。在一些示例性实施例中，控制电路580可以将时钟信号或控制信号输入到垂直驱动电路540、列信号处理电路550、以及水平驱动电路560。
垂直驱动电路540可以包括，例如，移位寄存器，并且可以选择像素驱动布线，可以将用于驱动像素的脉冲供应给所选择的像素驱动布线，并且可以逐行驱动像素。例如，垂直驱动电路540可以垂直顺序地以及选择性地逐行将脉冲扫描到像素510。在一些示例性实施例中，垂直驱动电路540可以根据由每一个像素的光电转换器件(例如，PD)产生的电荷，通过垂直信号线532将像素信号施加到列信号处理电路550。垂直驱动电路540可以与图1A的行驱动电路RDr相对应。
列信号处理电路550可以位于每一个像素列中，并且可以针对每一个像素列的对从一行像素510所输出的信号执行诸如噪声消除的信号处理。例如，列信号处理电路550可以执行信号处理，诸如用于消除从像素510、信号放大或模数(analog-to-digital，AD)转换的噪声的相关双采样(correlated-double sampling，CDS)。水平选择开关(未示出)可以在列信号处理电路550的输出端上被提供。
水平驱动电路560可以包括，例如，移位寄存器，并且可以顺序地输出水平扫描脉冲，可以顺序地选择列信号处理电路550的像素信号，并且可以将所选择的像素信号输出到水平信号线534。
输出电路570可以对从列信号处理电路550的通过水平信号线534顺序地施加的信号执行信号处理，并且可以输出处理后的信号。例如，输出电路570可以仅执行缓冲，或者可以执行黑电平调整、列不均匀性校正、以及各种数字信号处理方法。输入/输出终端590可以与外部设备交换信号。
图16是根据一些示例性实施例的包括图像传感器610的电子设备600的视图。
参考图16，根据一些示例性实施例的电子设备600可以包括图像传感器610、光学系统620、快门630、驱动电路640、以及信号处理电路650。
图像传感器610的像素510中的每一个可以是由图1A至图2的图像传感器100和100a中的任何所使用的单位像素，或者包括由图4、图5和图11至图14的图像传感器200、300和400中的任何所使用的共享像素SP和与共享像素SP相对应的TR区TA的TR的单位共享像素。
图像传感器610可以包括如图15中所示的像素元件和外围电路单元。
用于将入射光引导到图像传感器610的光接收单元的光学系统620可以包括多个光学透镜。例如，光学系统620可以将来自物体的入射光聚集在图像传感器610的图像形成表面上，并且因此电荷可以被产生并累积在图像传感器610中。
快门630可以控制用于将光发射到图像传感器610的光发射时间、以及光屏蔽时间。驱动电路640可以施加到用于控制快门630的操作和图像传感器610的传输操作的驱动信号。图像传感器610可以响应于从驱动电路640所施加的驱动信号(或定时信号)来执行信号传输。
信号处理电路650可以对图像传感器610的输出信号执行各种信号处理方法。已经执行了信号处理的视频信号可以被存储在诸如存储器的存储介质中，或者可以被输出到监测器。
根据一些示例性实施例的电子设备600可以是，例如，用于捕获静止图像或运动图像的CMOS照相机。
根据本发明构思的图像传感器和包括图像传感器的电子设备可以通过使用连接控制器适当地将被配置为供应不同电平的电压的主电源线连接到传输TR线。因此，不同电平的电压(即传输控制信号)可以通过传输TR线被施加到像素中的传输TR。传输控制信号的不同电平的电压可以是用于根据像素和/或PD来优化传输TR的操作的电压。
因此，由于图像传感器和包括本发明构思的图像传感器的电子设备根据像素和/或PD优化传输TR的操作，图像传感器的电特性，例如，FWC、图像滞后、回流或电子回流、或泄漏，可以被改善，并且晶片成品率也可以被改善。
尽管已经参考本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明的构思，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明构思的技术范围必须由所附权利要求限定。

Claims (23)

1.一种图像传感器，包括：
多个像素，多个像素中的每一个像素分别包括光电二极管和传输晶体管，所述传输晶体管被配置为将在所述光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区；以及
多个传输晶体管线，其分别连接到所述多个像素的传输晶体管的栅电极，
其中所述多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压，
其中，包括在所述多个像素中的多个传输晶体管被配置为基于包括在所述多个像素中的每一个光电二极管的满阱容量的电位幅度，通过所述多个传输晶体管线来分别接收具有不同幅度的截止电压，以及
包括在所述多个像素中的多个传输晶体管被配置为基于包括在所述多个像素中的每一个光电二极管的基极电位幅度，通过所述多个传输晶体管线来分别接收具有不同幅度的导通电压。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述多个像素位于公共像素区中，并且所述多个像素具有共享的像素结构，使得所述多个像素的偶数数量的光电二极管共享所述浮置扩散区，以及
所述多个传输晶体管线的数量与包括在共享像素中的光电二极管的数量相对应。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中具有与所述共享像素中的光电二极管的数量相对应的数量的所述多个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压。
4.如权利要求2所述的图像传感器，其中，
所述多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线在第一方向上延伸并从与彼此的直接接触隔离，以及
所述至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述多个像素包括像素区中的至少一个像素组，所述至少一个像素组中的每一个像素组包括所述多个像素中的四个像素，
包括在所述至少一个像素组中的一个像素组中的四个像素分别与一个红色通道、一个蓝色通道、和两个绿色通道相对应，以及
所述一个像素组包括多个传输晶体管线，所述多个传输晶体管线具有与所述一个像素组中包括的光电二极管的数量相对应的数量，并且被配置为根据通道来接收不同幅度的电压。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中每一个传输晶体管线被配置为接收电压，所述电压是被配置为接收所述电压的所述传输晶体管的导通电压和截止电压中的至少一个电压。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，
包括在所述多个像素中的多个传输晶体管包括与具有第一满阱容量电位幅度的光电二极管相对应的第一组晶体管和与具有第二满阱容量电位幅度的光电二极管相对应的单独的第二组晶体管，所述第二满阱容量电位幅度大于所述第一满阱容量电位幅度，所述第一组晶体管被配置为接收第一截止电压，以及所述第二组晶体管被配置为接收第二截止电压，所述第二截止电压具有大于所述第一截止电压的幅度的幅度，以及
包括在所述多个像素中的多个传输晶体管包括与具有第一基极电位幅度的光电二极管相对应的第三组晶体管和与具有第二基极电位幅度的光电二极管相对应的单独的第四组晶体管，所述第二基极电位幅度大于所述第一基极电位幅度，所述第三组晶体管被配置为接收第一导通电压，以及所述第四组晶体管被配置为接收第二导通电压，并且第一导通电压具有大于所述第二导通电压的幅度的幅度。
8.如权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：
连接控制器，其被配置为连接所述多个传输晶体管线和主电源线，
其中所述主电源线被配置为供应具有不同幅度的至少两个电压或具有一个幅度的电压两者之一，
其中所述连接控制器包括开关器件或可变电阻器，并且所述连接控制器被配置为将具有不同幅度的电压供应到所述多个传输晶体管线。
9.一种图像传感器，包括：
4-共享像素的二维阵列，其在第一方向和垂直的第二方向上延伸，每一个给定的4-共享像素包括
四个光电二极管，
一个浮置扩散区，其由所述四个光电二极管共享，以及
四个传输晶体管，其被配置为将在所述四个光电二极管中累积的电荷传输到所述浮置扩散区；以及
四个传输晶体管线，其分别连接到所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管的栅电极，
其中所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管线在所述第一方向或所述第二方向上延伸，并且所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压，
其中，所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为：基于包括在所述给定的4-共享像素中的四个光电二极管的每一个光电二极管的满阱容量的电位幅度，分别接收具有不同幅度的截止电压，以及
所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为：基于包括在所述给定的4-共享像素中的四个光电二极管的每一个光电二极管的基极电位幅度，分别接收具有不同幅度的导通电压。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管线中的每一个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压。
11.如权利要求9所述的图像传感器，其中，
在每一个给定的4-共享像素中，每一个光电二极管PD是单独的像素，并且四个像素分别位于至少部分地围绕所述浮置扩散区的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中，
所述给定的4-共享像素的四个传输晶体管线包括与位于所述第一象限和所述第二象限中的所述像素相对应的两个第一传输晶体管线和与位于所述第三象限和所述第四象限中的像素相对应的两个第二传输晶体管线，
所述两个第一传输晶体管线和所述两个第二传输晶体管线在第一方向上延伸，以及
所述第一传输晶体管线被配置为接收具有与在所述两个第二传输晶体管线处接收的电压的幅度不同的幅度的电压。
12.如权利要求9所述的图像传感器，其中每一个给定的4-共享像素分别包括与多个通道的一个红色通道、一个蓝色通道和两个绿色通道相对应的四个像素，并且所述四个传输晶体管线被配置为根据所述多个通道来接收具有不同的幅度的电压。
13.一种图像传感器，包括：
8-共享像素的二维阵列，其在第一方向和垂直的第二方向上延伸，每一个给定的8-共享像素包括
八个光电二极管，
两个浮置扩散区，其由所述八个光电二极管共享，所述两个浮置扩散区互相电连接，
八个传输晶体管，其被配置为将在所述八个光电二极管中累积的电荷传输到所述两个浮置扩散区，以及
八个传输晶体管线，其分别连接到所述给定的8-共享像素的八个传输晶体管的栅电极，
其中每一个给定的8-共享像素包括两个子共享像素，每一个子共享像素共享一个浮置扩散区并包括四个光电二极管，
其中所述八个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压，
其中，所述给定的8-共享像素的八个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为：基于包括在所述给定的8-共享像素中的八个光电二极管的每一个光电二极管的满阱容量的电位幅度，分别接收具有不同幅度的截止电压，以及
所述给定的8-共享像素的八个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为：基于包括在所述给定的8-共享像素中的八个光电二极管的每一个光电二极管的基极电位幅度，分别接收具有不同幅度的导通电压。
14.如权利要求13所述的图像传感器，其中，
在每一个给定的8-共享像素中，所述给定的8-共享像素包括四个像素，并且每一个单独的像素包括所述给定的8-共享像素的两个相邻的光电二极管，以及
所述给定的8-共享像素的八个传输晶体管线被配置为根据所述像素8-共享像素的四个像素来接收具有不同幅度的电压。
15.如权利要求13所述的图像传感器，其中，
在所述两个子共享像素的每一个子共享像素中，所述四个光电二极管分别位于至少部分地围绕所述浮置扩散区的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中，
与位于所述第一象限和所述第二象限的光电二极管相对应的四个第一传输晶体管线和与位于所述第三象限和所述第四象限中的光电二极管相对应的四个第二传输晶体管线在第一方向上延伸，以及
所述四个第一传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压，即在所述四个第二传输晶体管线处所接收的电压。
16.如权利要求13所述的图像传感器，其中，
每一个给定的8-共享像素包括四个像素，每一个像素包括所述给定的8-共享像素的八个光电二极管的两个相邻的光电二极管，以及
所述四个像素与多个通道的一个红色通道、一个蓝色通道和两个绿色通道相对应，并且所述八个传输晶体管线被配置为根据所述多个通道来接收具有不同幅度的电压。
17.一种图像传感器，包括：
像素元件，所述像素元件包括多个像素，所述多个像素中的每一个给定的像素包括
光电二极管，以及
传输晶体管，其被配置为将在所述光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区；
多个传输晶体管线，其分别被连接到所述多个像素的传输晶体管的栅电极；以及
外围电路，其至少部分地围绕所述像素元件，
其中所述多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压，
其中，包括在所述多个像素中的多个传输晶体管被配置为基于包括在所述多个像素中的光电二极管的每一个光电二极管的满阱容量的电位幅度，通过所述多个传输晶体管线来分别接收具有不同幅度的截止电压，以及
包括在所述多个像素中的多个传输晶体管被配置为基于包括在所述多个像素中的光电二极管的每一个光电二极管的基极电位幅度，通过所述多个传输晶体管线来分别接收具有不同幅度的导通电压。
18.如权利要求17所述的图像传感器，其中，
所述多个像素位于公共像素区中，并且所述多个像素具有共享像素结构，使得所述多个像素的偶数数量的光电二极管共享所述浮置扩散区，并且
多个传输晶体管线的数量与包括在共享像素中的光电二极管的数量相对应。
19.如权利要求18所述的图像传感器，其中，
所述多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线在第一方向上延伸并从与彼此的直接接触隔离，以及
所述至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压。
20.如权利要求17所述的图像传感器，其中，
所述多个像素位于像素区中并具有4-共享像素结构，使得
所述包括四个光电二极管的4-共享像素结构共享所述浮置扩散区，
所述4-共享像素结构包括四个传输晶体管线，
所述4-共享像素结构包括四个像素，每一个单独的像素包括单独的光电二极管，以及
包括在所述4-共享像素结构中的四个像素分别与多个通道中的一个红色通道、一个蓝色通道和两个绿色通道相对应，并且所述四个传输晶体管线被配置为根据所述多个通道来接收具有不同幅度的电压；或者
所述多个像素位于所述像素区中并具有8-共享像素结构，使得
包括八个光电二极管的所述8-共享像素结构共享两个浮置扩散区，
8-共享像素结构包括八个传输晶体管线，
8-共享像素包括四个像素，并且每一个单独的像素包括两个相邻的光电二极管，以及
包含在所述8-共享像素中的四个像素分别与多个通道中的一个红色通道、一个蓝色通道和两个绿色通道相对应，并且所述八个传输晶体管线被配置为根据所述多个通道来接收具有不同幅度的电压。
21.如权利要求17所述的图像传感器，其中，
所述外围电路包括
垂直驱动电路，
列信号处理电路，
水平驱动电路，
输出电路，以及
控制电路，并且
所述垂直驱动电路包括被配置为连接所述多个传输晶体管线和主电源线的连接控制器。
22.一种电子设备，包括：
光学系统；
图像传感器；以及
信号处理电路，
其中所述图像传感器包括像素元件和至少部分地围绕所述像素元件的外围电路，所述像素元件包括多个像素和多个传输晶体管线，
其中所述多个像素中的每一个像素包括光电二极管和被配置为将在所述光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区的传输晶体管，
其中所述多个传输晶体管线分别被连接到与所述传输晶体管线相对应的所述传输晶体管的栅电极，
其中所述多个传输晶体管线中的至少两个传输晶体管线被配置为接收具有不同幅度的电压，
其中，包括在所述多个像素中的多个传输晶体管被配置为基于包括在所述多个像素中的光电二极管的每一个光电二极管的满阱容量的电位幅度，通过所述多个传输晶体管线来分别接收具有不同幅度的截止电压，以及
包括在所述多个像素中的多个传输晶体管被配置为基于包括在所述多个像素中的光电二极管的每一个光电二极管的基极电位幅度，通过所述多个传输晶体管线来分别接收具有不同幅度的导通电压。
23.一种电子设备，包括：
多个像素，所述多个像素中的每一个像素包括光电二极管和传输晶体管，所述传输晶体管被配置为将在所述光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区，以及
多个传输晶体管线，其被配置为将不同幅度的电压施加到所述多个像素中的单独的、相应的像素的单独的、相应的传输晶体管，
其中，包括在所述相应的像素中的相应的传输晶体管被配置为基于包括在所述相应的像素中的光电二极管的满阱容量的电位幅度，来分别接收具有不同幅度的截止电压，以及
包括在所述相应的像素中的相应的传输晶体管被配置为基于包括在所述相应的像素中的光电二极管的基极电位幅度，来分别接收具有不同幅度的导通电压。
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