CN117954467A - 分离浮动扩散像素布局设计 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及一种分离浮动扩散像素布局设计。一种像素阵列包含像素电路，其包含第一像素电路，所述第一像素电路具有通过第一及第三转移晶体管从第一及第三光电二极管接收电荷的第一分离浮动扩散，以及通过第二及第四转移晶体管从第二及第四光电二极管接收所述电荷的第二分离浮动扩散。第一共享栅极结构包含第一及第二像素电路的第一转移晶体管的栅极。第三共享栅极结构包含所述第一及第二像素电路的第三转移晶体管的栅极。第二共享栅极结构包含第一及第三像素电路的第二转移晶体管的栅极。第四共享栅极结构包含所述第一及第三像素电路的第四转移晶体管的栅极。

Description

分离浮动扩散像素布局设计

技术领域

本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及高动态范围(HDR)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

背景技术

图像传感器已变得无处不在，且现在广泛用于数码相机、蜂窝电话、监控摄像头中以及医疗、汽车及其它应用中。随着图像传感器集成到更广泛的电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如，分辨率、功耗、动态范围等)增强其功能性、性能指标及类似者。用于制造图像传感器的技术继续以高速发展。例如，对更高分辨率及更低功耗的需求已鼓励这些装置的进一步小型化及集成。

典型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射于图像传感器上而操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分并在吸收图像光时光生图像电荷。由像素光生的图像电荷可经测量为依据入射图像光而变化的列位线上的模拟输出图像信号。换句话说，光生的图像电荷量与图像光的强度成正比，所述图像光的强度经读出为来自列位线的模拟信号，并经转换为数字值，以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

标准图像传感器具有大约60到70dB的有限动态范围。然而，真实世界的亮度动态范围要大得多。例如，自然场景通常跨越90dB及更大的范围。为了同时捕获明亮高光及昏暗阴影中的细节，高动态范围(HDR)技术已被用于图像传感器中以增加捕获的动态范围。

发明内容

本申请案的一个方面公开一种像素阵列，其包括：多个像素电路，其经布置成行及列，其中所述多个像素电路中的第一像素电路包含：第一、第二、第三及第四光电二极管，其安置在半导体材料中并经配置以响应于入射光而光生电荷；第一、第二、第三及第四转移晶体管，其分别耦合到所述第一、第二、第三及第四光电二极管；第一及第二分离浮动扩散，其安置在所述半导体材料中，其中所述第一分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第一及第三转移晶体管接收由所述第一及第三光电二极管光生的所述电荷，其中所述第二分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第二及第四转移晶体管接收由所述第二及第四光电二极管光生的所述电荷；及第一、第二、第三及第四共享栅极结构，其中所述第一共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第一转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第二像素电路的第一转移晶体管的栅极，其中所述第三共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第三转移晶体管的栅极及所述第二像素电路的第三转移晶体管的栅极，其中所述第二共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第二转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第三像素电路的第二转移晶体管的栅极，其中所述第四共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第四转移晶体管的栅极及所述第三像素电路的第四转移晶体管的栅极。

本申请案的另一方面公开一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含布置成行及列的多个像素电路，其中所述多个像素电路中的第一像素电路包含：第一、第二、第三及第四光电二极管，其安置在半导体材料中并经配置以响应于入射光而光生电荷；第一、第二、第三及第四转移晶体管，其分别耦合到所述第一、第二、第三及第四光电二极管；第一及第二分离浮动扩散，其安置在所述半导体材料中，其中所述第一分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第一及第三转移晶体管接收由所述第一及第三光电二极管光生的所述电荷，其中所述第二分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第二及第四转移晶体管接收由所述第二及第四光电二极管光生的所述电荷；及第一、第二、第三及第四共享栅极结构，其中所述第一共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第一转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第二像素电路的第一转移晶体管的栅极，其中所述第三共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第三转移晶体管的栅极及所述第二像素电路的第三转移晶体管的栅极，其中所述第二共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第二转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第三像素电路的第二转移晶体管的栅极，其中所述第四共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第四转移晶体管的栅极及所述第三像素电路的第四转移晶体管的栅极；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像数据。

附图说明

参考以下图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中贯穿各种视图，相同参考数字指代相同部分，除非另有指定。

图1说明根据本发明的教示的包含以各种不同颜色图案组织的像素电路的阵列的成像系统的一个实例。

图2A展示根据本发明的教示的像素电路的布置的实例布局的平面图，所述像素电路具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构。

图2B展示根据本发明的教示的像素电路的布置的实例布置的示意图，所述像素电路具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构。

图3A说明根据本发明的教示的时序图，其说明与具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的实例像素电路的读出顺序相关联的实例转移控制信号。

图3B说明根据本发明教示的具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的实例像素阵列的第一读出周期。

图3C说明根据本发明教示的具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的实例像素阵列的第二读出周期。

图4展示根据本发明的教示的具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的实例像素电路的横截面视图。

图5说明根据本发明的教示的安置在包含像素电路的布置的像素阵列上方的滤色器阵列的各种实例图案，所述像素电路具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构。

图6A说明根据本发明的教示的安置在具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置上方的微透镜的实例。

图6B说明根据本发明的教示的安置在具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置上方的微透镜的另一实例。

图6C说明根据本发明的教示的安置在具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置上方的微透镜的又一实例。

图6D说明根据本发明的教示的安置在具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置上方的微透镜的又一实例。

贯穿图示的多个视图，对应参考符号指示对应组件。所属领域技术人员将理解，图中的元件是为了简单及清楚而说明，且未必按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可相对于其它元件夸大，以帮助改进对本发明的各种实施例的理解。另外，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但充分理解的元件，以便有助于更不受阻碍地观察本发明的这些不同实施例。

具体实施方式

本文描述根据本发明的教示的涉及具有像素电路的成像系统的实例，所述像素电路具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构。在以下描述中，阐述许多具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在没有一或多个具体细节的情况下，或使用其它方法、组件、材料等来实践本文所描述的技术。在其它例子中，为了避免使某些方面不清楚，未详细地展示或描述众所周知的结构、材料或操作。

贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的引用意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”在各处的出现不一定都指同一实例。此外，可在一或多个实例中以任何适当的方式组合特定特征、结构或特性。

为了便于描述，空间相对术语，例如“下面”、“以下”、“上方”、“下方”、“之上”、“上”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“中心”、“中间”及类似者可在本文中用于描述一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系，如图中所说明。应理解，空间相对术语旨在涵盖装置在使用或操作中除图中描绘的定向之外的不同定向。例如，如果图中的装置被旋转或翻转，那么被描述为在其它元件或特征“以下”或“下面”或“下方”的元件将被定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示范性术语“以下”及“下方”可涵盖之上及以下的定向两者。装置可以其它方式定向(旋转90度或以其它定向)，且本文中使用的空间相对描述词可相应地解释。另外，还将理解，当一个元件被称为在两个其它元件“之间”时，其可为两个其它元件之间的唯一元件，或也可存在一或多个中介元件。

贯穿本说明书，使用若干技术术语。这些术语应具有其所源自的领域中的普通含义，除非本文中明确定义或其使用上下文另将明确指示。应注意，贯穿此文献，元件名称及符号可互换使用(例如，Si对硅)；但两者具有相同含义。

如将讨论的，公开包含具有共享栅极结构及分离浮动扩散的像素电路的像素阵列的成像系统的各种实例。在各种实例中，每一像素电路包含安置在半导体材料中的第一、第二、第三及第四光电二极管，其经配置以响应于入射光而光生电荷。第一、第二、第三及第四转移晶体管分别耦合到第一、第二、第三及第四光电二极管，且第一分离浮动扩散及第二分离浮动扩散安置在半导体材料中。因而，第一分离浮动扩散经耦合以分别通过第一及第三转移晶体管接收由第一及第三光电二极管光生的电荷，且第二分离浮动扩散经耦合以分别通过第二及第四转移晶体管接收由第二及第四光电二极管光生的电荷。

每一像素电路还包含第一、第二、第三及第四共享栅极结构。第一共享栅极结构包含多个像素电路中的第一像素电路的第一转移晶体管的栅极及第二像素电路的第一转移晶体管的栅极。第三共享栅极结构包含第一像素电路的第三转移晶体管的栅极及第二像素电路的第三转移晶体管的栅极。第二共享栅极结构包含多个像素电路中的第一像素电路的第二转移晶体管的栅极及第三像素电路的第二转移晶体管的栅极。第四共享栅极结构包含第一像素电路的第四转移晶体管的栅极及第三像素电路的第四转移晶体管的栅极。在各种实例中，第一像素电路在半导体材料中安置在第二像素电路与第三像素电路之间，使得第一、第二及第三像素电路是像素阵列中的相邻像素电路。在所述实例中，每一像素电路进一步包含源极跟随器晶体管，其在半导体材料中安置在第一与第二分离浮动扩散之间。因而，每一像素电路还包含安置在源极跟随器晶体管的栅极以及第一及第二分离浮动扩散上方的导体，使得源极跟随器晶体管的栅极通过导体耦合到第一及第二分离浮动扩散。

因而，应了解，根据本发明的教示的像素电路的特征在于将由四个邻近转移晶体管环绕的浮动扩散划分为两个部分的像素设计。通过共享栅极结构，像素电路的转移晶体管的栅极在相邻的像素电路之间具有合并的TX栅极(例如，多个转移晶体管之间的共享转移栅极结构)，这使得用于转移控制信号的单个金属互连件能够在邻近像素电路之间共享。因此，降低了金属布线的复杂性，且还提供布线灵活性。例如，提供更宽的金属间隔以用于像素缩放益处。在一个实例中，像素大小可减小到0.5um。根据本发明的教示，通过在半导体材料中安置在第一与第二分离扩散之间的源极跟随器晶体管，可减小从第一分离浮动扩散到源极跟随器晶体管的栅极到第二分离浮动扩散的导体的路径长度，这使得能够减小像素电路设计的间距，同时仍允许例如2x2、2x4或更高的共享像素结构。另外，像素设计提供灵活性，其允许高动态范围、可切换的多转换增益、多像素合并、相位检测自动聚焦、经由多条位线的高速读出以及双行选择配置。

为了说明，图1大体上说明根据本公开的实施例的包含像素阵列102的互补金属氧化物半导体(CMOS)成像系统100的一个实例，所述像素阵列102具有像素电路阵列，所述像素电路具有用于快速像素合并的双行选择像素。如所描绘的实例中所展示，成像系统100包含具有像素阵列102、位线112、控制电路110、读出电路106及功能逻辑108的图像传感器。在一个实例中，像素阵列102是像素电路的二维(2D)阵列。

在所述实例中，包含在像素阵列102中的像素电路可被组织成各种不同颜色图案中的一者。例如，彩色像素电路104A的阵列说明1C拜耳(Bayer)(RGB)滤色器图案的实例，其可用于高分辨率静止图像捕获。类似地，彩色像素电路104B的阵列说明红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)滤色器的4C(2x2)拜耳滤色器图案的实例，如所展示。彩色像素电路104C的阵列说明16C(4x4)拜耳(RGB)滤色器图案的实例。应注意，所描绘的实例中的彩色像素电路104C被组织为2x4像素电路的相邻对，以形成4x4 16C拜耳(RGB)滤色器图案。彩色像素电路104D的阵列说明16C(4x4)拜耳(RGB)滤色器图案的另一实例，其可用于例如高速HD视频捕获。

在所描绘的实例中，包含在像素阵列102中的像素电路经布置成行及列，以获取人、地点、对象等的图像数据，所述图像数据接着可用于呈现人、地点、对象等的图像。在像素阵列102的像素电路中的光电二极管已获取其图像电荷之后，由读出电路106通过列位线112读出对应的模拟图像信号。在各种实例中，包含在像素阵列102中的像素电路还可经配置以提供高动态范围(HDR)图像信号，在这种情况下，由一或多个光电二极管在明亮照明条件下产生的图像电荷也可被转移到横向溢出积分电容器(LOFIC)及/或额外浮动扩散以存储图像电荷。例如，每一像素电路104可包含LOFIC，其经配置以在积分周期期间存储从耦合的一或多个光电二极管溢出的过量图像电荷。在各种实例中，读出电路106可包含可被包含在模/数转换器或其它中的电流源、路由电路系统及比较器。

在各种实例中，读出电路106包含模/数转换(ADC)电路，其经耦合以将通过位线112从像素电路104接收的模拟图像信号转换为数字图像信号，然后数字图像信号可被转移到功能逻辑108。功能逻辑108可简单地存储数字图像数据或甚至通过应用图像后期效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵数字图像数据。

在一个实例中，控制电路110耦合到像素阵列102以控制像素阵列102中的多个光电二极管的操作。例如，控制电路110可产生用于控制图像获取的滚动快门或快门信号。在其它实例中，图像获取与照明效果(例如闪光灯)同步。

在一个实例中，成像系统100在单个半导体晶片上实施。在另一实例中，成像系统100在堆叠的半导体晶片上。例如，像素阵列102在像素晶片上实施，且读出电路106、控制电路110及功能逻辑108在专用集成电路(ASIC)晶片上实施，其中像素晶片及ASIC晶片通过接合(混合接合、氧化物接合等)或一或多个穿衬底通孔(TSV)堆叠及互连。举另一实例，像素阵列102及控制电路110在像素晶片上实施，且读出电路106及功能逻辑108在ASIC晶片上实施，其中像素晶片及ASIC晶片通过接合(混合接合、氧化物接合等)或一或多个穿衬底通孔(TSV)堆叠及互连。

在一个实例中，成像系统100可包含在数字装置、手机、膝上型计算机、内窥镜、安全摄像头或用于汽车的成像装置等中。此外，成像系统100可耦合到其它硬件，例如处理器(通用或其它)、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、照明/闪光灯、电输入(键盘、触摸显示器、轨迹板、鼠标、麦克风等)及/或显示器。其它硬件可向成像系统100递送指令，从成像系统100提取图像数据，或操纵由成像系统100提供的图像数据。

图2A展示根据本发明的教示的像素电路204_N、204_N-2、204_N+2、204_N+4……等的布置的实例布局的平面图，所述像素电路具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构。应了解，图2A的像素电路204_N、204_N-2、204_N+2、204_N+4……等可为包含在如图1中所展示的像素阵列102中的相邻像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。在各种实例中，第一像素电路204_N、第二像素电路204_N-2及第三像素电路204_N+2等彼此大体上类似。因而，因此，应了解，对第一像素电路204_N中的特征及功能的描述适用于包含在像素阵列中的其它像素电路中的对应特征及功能，包含第二像素电路204_N-2及第三像素电路204_N+2等。

如图2A中所描绘的实例中所展示，第一像素电路204_N在半导体材料260(例如，硅衬底材料)中安置在第二像素电路204_N-2与第三像素电路204_N+2之间。在一个实例中，第一像素电路204_N、第二像素电路204_N-2及第三像素电路204_N+2具有亚微米范围的像素间距，例如0.5um或更小。如所展示，第一像素电路204_N包含第一、第二、第三及第四光电二极管PD1 214-1、PD2 214-2、PD3 214-3及PD4 214-4，其安置在半导体材料260中且经配置以响应于入射光而光生电荷。第一像素电路204_N的第一、第二、第三及第四转移晶体管TX1216-1、TX2 216-2、TX3 216-3及TX4 216-4分别耦合到第一、第二、第三及第四光电二极管PD1 214-1、PD2 214-2、PD3 214-3及PD4 214-4。第一像素电路204_N的第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2安置在半导体材料260中。第一分离浮动扩散FD_1 218-1经耦合以分别通过第一及第三转移晶体管TX1 216-1及TX3 216-3接收由第一及第三光电二极管PD1 214-1及PD3 214-3光生的电荷。第一分离浮动扩散FD_1 218-1可在半导体材料260中安置成靠近第一像素电路204_N中的第一及第三转移晶体管TX1 216-1及TX3 216-3。类似地，第二分离浮动扩散FD_2 218-2经耦合以分别通过第二及第四转移晶体管TX2 216-2及TX4 216-4接收由第二及第四光电二极管PD2 214-2及PD4 214-4光生的电荷。第二分离浮动扩散FD_2218-2可在半导体材料260中安置成靠近第一像素电路204_N中的第二及第四转移晶体管TX2 216-2及TX4 216-4。

继续图2A中所描绘的实例，第一像素电路204_N还包含第一、第二、第三及第四共享栅极结构230-1、230-2、230-3及230-4。第一共享栅极结构230-1包含第一像素电路204_N的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第二像素电路204_N-2的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)。第一像素电路204_N的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第二像素电路204_N-2的第一转移晶体管TX1216-1的栅极(例如，栅极电极)形成为单个或单片栅极电极。第一像素电路204_N的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)经配置以将第一光电二极管214-1耦合到第一分离浮动扩散FD_1 218-1。相邻的第二像素电路204_N-2的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)经配置以将相邻的第二像素电路204_N-2的第一光电二极管214-1耦合到相应的第一分离浮动扩散FD_1。第一共享栅极结构230-1使第一像素电路204_N的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)与相邻的第二像素电路204_N-2的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)能够共享经耦合以接收第一转移控制信号的单个金属互连(例如，信号金属1互连件)。

第三共享栅极结构230-3包含第一像素电路204_N的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第二像素电路204_N-2的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)。第一像素电路204_N的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第二像素电路204_N-2的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)形成为单个或单片栅极电极。第一像素电路204_N的第三转移晶体管TX3216-3的栅极(例如，栅极电极)经配置以将第三光电二极管214-3耦合到第一像素电路204的第一分离浮动扩散FD_1 218-1。相邻的第二像素电路204_N-2的第三转移晶体管TX3216-3的栅极(例如，栅极电极)经配置以将相邻的第二像素电路204_N-2的相应的第三光电二极管214-3耦合到相应的第一分离浮动扩散FD_1。第三共享栅极结构230-3使第一像素电路204_N的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)与相邻的第二像素电路204_N-2的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)能够共享经耦合以接收第三转移控制信号的单个金属互连(例如，信号金属1互连件)。

第二共享栅极结构230-2包含第一像素电路204_N的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第三像素电路204_N+2的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)。第一像素电路204_N的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第三像素电路204_N+2的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)形成为单个或单片栅极电极。第一像素电路204_N的第二转移晶体管TX2216-2的栅极(例如，栅极电极)经配置以将第二光电二极管214-2耦合到第二分离浮动扩散FD_2 218-2。相邻的第三像素电路204_N+2的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)经配置以将相邻的第三像素电路204_N+2的第二光电二极管214-2耦合到相应的第二分离浮动扩散FD_2。第二共享栅极结构230-2使第一像素电路204_N的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)与相邻的第三像素电路204_N+2的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)能够共享经耦合以接收第二转移控制信号的单个金属互连件(例如，信号金属1互连件)。

第四共享栅极结构230-4包含第一像素电路204_N的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)及相邻的第三像素电路204_N+2的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)。第一像素电路204_N的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)及相邻的第三像素电路204_N+2的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)形成为单个或单片栅极电极。第一像素电路204_N的第四转移晶体管TX4216-4的栅极(例如，栅极电极)经配置以将第四光电二极管214-4耦合到第二分离浮动扩散FD_2 218-2。相邻的第三像素电路204_N+2的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极电极)经配置以将相邻的第三像素电路204_N+2的第四光电二极管214-4耦合到相邻的第三像素电路204_N+2的相应的第二分离浮动扩散FD_2。第四共享栅极结构230-4使第一像素电路204_N的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)与相邻的第三像素电路204_N+2的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)能够共享经耦合以接收第四转移控制信号的单个金属互连(例如，信号金属1互连件)。

如所描绘的实例中所展示，第一像素电路204_N还包含源极跟随器晶体管SF 220，其在半导体材料260中安置在第一与第二分离浮动扩散FD_1 218-1与FD_2 218-2之间。导体232通过相应的接触件安置在源极跟随器晶体管SF 220的栅极以及第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2上方并耦合到其。因而，源极跟随器晶体管SF 220的栅极通过导体232耦合到第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2。应了解，如所展示，在源极跟随器晶体管SF 220的栅极相对靠近第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2218-2的情况下，导体232的布线相对短且简单，这帮助允许像素电路的间距相对小。例如，在一个实例中，第一、第二及第三像素电路204_N、204_N-2、204_N+2的间距大约仅为0.5um。在其它实例中，应了解，第一、第二及第三像素电路204_N、204_N-2、204_N+2的间距可具有不同的值。另外，应了解，根据本公开的教示，提供较短长度的导体232以及与第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2相关联的较低寄生电容，这允许第一像素电路204_N具有较高的转换增益。继续所描绘的实例，第一像素电路204_N还包含行选择晶体管RS222，其耦合到源极跟随器晶体管SF 220，使得源极跟随器晶体管SF 220及行选择晶体管RS222耦合在电源线AVDD与位线BL 212之间。

在图2A中所描绘的实例中，第一像素电路204_N还包含复位晶体管RST 224，其耦合在电源线AVDD与第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2之间。如所展示，导体232进一步耦合在第一与第二分离浮动扩散FD_1 218-1与FD_2 218-2之间，并且耦合到源极跟随器晶体管SF 220的栅极及复位晶体管RST 224的源极。实例还展示第一像素电路204_N进一步包含电容器CAP 228及通过导体232耦合在电容器CAP 228与第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2之间的双浮动扩散晶体管DFD 226。

图2B展示根据本发明的教示的像素电路204_N、204_N-2、204_N+2的实例布置的示意性表示，像素电路具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构。应了解，图2B的像素电路204_N、204_N-2、204_N+2对应于图2A中所描绘的像素电路204_N、204_N-2、204_N+2的平面图表示，其也可为包含在如图1中所展示的像素阵列102中的相邻像素电路的实例。因此，上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。如在各种实例中可观察到的，第一像素电路204_N、第二像素电路204_N-2及第三像素电路204_N+2彼此大体上类似。因而，因此，应了解，对第一像素电路204_N中的特征及功能的描述适用于包含在像素阵列中的其它像素电路中的对应特征及功能，包含第二像素电路204_N-2及第三像素电路204_N+2等。

如图2B中所描绘的实例中所展示，第一像素电路204_N在半导体材料260中安置在第二像素电路204_N-2与第三像素电路204_N+2之间。在操作中，像素电路中的每一者的第一、第二、第三及第四光电二极管PD1 214-1、PD2 214-2、PD3 214-3及PD4 214-4中的每一者经配置以响应于入射光而光生图像电荷。在所描绘的实例中，第一分离浮动扩散FD_1218-1经耦合以通过第一转移晶体管TX1 216-1从第一光电二极管PD1 214-1接收图像电荷，并通过第三转移晶体管TX3 216-3从第三光电二极管PD3 214-3接收图像电荷。类似地，第二分离浮动扩散FD_2 218-2经耦合以通过第二转移晶体管TX2 216-2从第二光电二极管PD2 214-2接收图像电荷，并通过第四转移晶体管TX4 216-4从第四光电二极管PD4 214-4接收图像电荷。

继续图2B中所描绘的实例，第一像素电路204_N还包含第一、第二、第三及第四共享栅极结构SGS230-1、SGS230-2、SGS230-3及SGS230-4。第一共享栅极结构SGS 230-1包含第一像素电路204_N的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第二像素电路204_N-2的第一转移晶体管TX1 216-1的栅极(例如，栅极电极)。第三共享栅极结构SGS230-3包含第一像素电路204_N的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第二像素电路204_N-2的第三转移晶体管TX3 216-3的栅极(例如，栅极电极)。第二共享栅极结构SGS230-2包含第一像素电路204_N的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)及相邻的第三像素电路204_N+2的第二转移晶体管TX2 216-2的栅极(例如，栅极电极)。第四共享栅极结构SGS230-4包含第一像素电路204_N的第四转移晶体管TX4216-4的栅极(例如，栅极结构)及相邻的第三像素电路204_N+2的第四转移晶体管TX4 216-4的栅极(例如，栅极结构)。

如所描绘的实例中所展示，第一像素电路204_N还包含源极跟随器晶体管SF 220，其在半导体材料260中安置在第一与第二分离浮动扩散FD_1 218-1与FD_2 218-2之间。导体232耦合到源极跟随器晶体管SF 220的栅极以及第一及第二分离浮动扩散FD_1218-1及FD_2 218-2。在所述实例中，第一像素电路204_N还包含耦合到源极跟随器晶体管SF 220使得源极跟随器晶体管SF 220及行选择晶体管RS222耦合在电源线AVDD与位线BL 212之间的行选择晶体管RS222。第一像素电路204_N还包含复位晶体管RST 224，其耦合在电源线AVDD与第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2之间。如所展示，导体232进一步耦合在第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2之间，以及源极跟随器晶体管SF 220的栅极及复位晶体管RST 224(例如，复位晶体管RST 224的源极)之间。

实例还展示第一像素电路204_N进一步包含电容器CAP 228及通过导体232耦合在电容器CAP 228与第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2之间的双浮动扩散晶体管DFD 226。在一个实例中，电容器CAP 228可为横向溢出积分电容器(LOFIC)，其在一个实例中可用包含安置在第一金属电极与第二金属电极之间的高介电或高k绝缘材料的金属-绝缘体-金属电容器实施。在各种实例中，安置在CAP 228的第一金属电极与第二金属电极之间的绝缘材料可由单层高k材料或多层高k材料堆叠形成。高k材料的确切组成及整体厚度可取决于所期望的LOFIC电容。在各种实例中，高k材料可包含氧化铝(Al₂O₃)、二氧化锆(ZrO₂)、氧化铪(HfO)或其组合中的一者。

在所说明的实例中，第一共享栅极结构SGS230-1经耦合以接收第一转移控制信号TX_N_O 234-1。在所述实例中，第一转移控制信号TX_N_O 234-1经耦合以由与第一及第二栅极结构SGS230-1及SGS230-2在同一行中的像素阵列中的共享栅极结构的“奇”数列中的共享栅极结构(例如，SGS230-1等)接收。类似地，第二共享栅极结构SGS230-2经耦合以接收第二转移控制信号TX_N_E 234-2。在所述实例中，第二转移控制信号TX_N_E 234-2经耦合以由与第一及第二栅极结构SGS230-1及SGS230-2在同一行中的像素阵列中的共享栅极结构的“偶”数列中的共享栅极结构(SGS230-2等)接收。

继续所描绘的实例，第三共享栅极结构SGS230-3经耦合以接收第三转移控制信号TX_N+1_O 234-3。在所描绘的实例中，第三转移控制信号TX_N+1-O 234-3经耦合以由与第三及第四栅极结构SGS230-3及SGS230-4在同一行中的像素阵列中的共享栅极结构的“奇”数列中的共享栅极结构(例如，SGS230-3等)接收。在所述实例中，第四共享栅极结构SGS230-4经耦合以接收第四转移控制信号TX_N+1_E 234-4。在所描绘的实例中，第四转移控制信号TX_N+1_E 234-4经耦合以由与第三及第四栅极结构SGS230-3及SGS230-4在同一行中的像素阵列中的共享栅极结构的偶数列中的共享栅极结构(例如，SGS230-4等)接收。

因而，第一像素电路204_N的第一转移晶体管TX1 216-1(以及相邻的第二像素电路204_N-2的第一转移晶体管TX1 216-1)经耦合以响应于第一转移控制信号TX_N_O234-1而被控制。在读出操作期间，在第一光电二极管PD1 214-1中光生的电荷经配置以响应于第一转移控制信号TX_N_O 234-1而从第一光电二极管PD1 214-1通过第一转移晶体管TX1216-1转移到第一分离浮动扩散FD_1 218-1。第一像素电路204_N的第二转移晶体管TX2216-2(以及相邻的第三像素电路204_N+2的第二转移晶体管TX2 216-2)经耦合以响应于第二转移控制信号TX_N_E 234-2而被控制。在读出操作期间，在第二光电二极管PD2 214-2中光生的电荷经配置以响应于第二转移控制信号TX_N_E 234-2而从第二光电二极管PD2214-2通过第二转移晶体管TX2 216-2转移到第二分离浮动扩散FD_2 218-2。

类似地，第一像素电路204_N的第三转移晶体管TX3 216-3(以及相邻的第二像素电路204_N-2的第三转移晶体管TX3 216-3)经耦合以响应于第三转移控制信号TX_N_O234-1而被控制。在读出操作期间，在第三光电二极管PD3 214-3中光生的电荷经配置以响应于第三转移控制信号TX_N+1_O 234-3而从第三光电二极管PD3 214-3通过第三转移晶体管TX3 216-3转移到第一分离浮动扩散FD_1 218-1。第一像素电路204_N的第四转移晶体管TX4 216-4(以及相邻的第三像素电路204_N+2的第四转移晶体管TX4216-4)经耦合以响应于第四转移控制信号TX_N+1_E 234-4而被控制。在读出操作期间，在第四光电二极管PD4214-4中光生的电荷经配置以响应于第四转移控制信号TX_N+1_E 234-4从第四光电二极管PD4 214-4通过第四转移晶体管TX4 216-4转移到第二分离浮动扩散FD_2 218-2。在操作中，行选择晶体管RS222经耦合以响应于行选择控制信号以及第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2中的电荷而从第一像素电路204_N的源极跟随器晶体管SF 220向位线BL 212输出信号(例如，图像数据)，第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2根据本发明的教示通过导体232耦合到源极跟随器晶体管SF 220的栅极。

在图2B中所说明的实例中，电容器CAP 228经配置以通过双浮动扩散晶体管DFD226从第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2接收过量图像电荷溢出。复位晶体管RST 224耦合到电源线AVDD，且经配置以响应于复位控制信号而复位第一像素电路204_N。在操作中，第一及第二分离浮动扩散FD_1 218-1及FD_2 218-2经配置以通过导体232及复位晶体管RST 224被复位。另外，电容器CAP 228以及第一、第二、第三及第四光电二极管PD1 214-1、PD2 214-2、PD3 214-3及PD4 214-4也可通过复位晶体管RST 224通过双浮动扩散晶体管DFD 226以及第一、第二、第三及第四转移晶体管TX1 216-1、TX2 216-2、TX3216-3及TX4 216-4及导体232复位。

图3A说明根据本发明的教示的时序图，其说明与具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的实例像素电路的读出顺序相关联的实例转移控制信号。应了解，图3A中所描绘的转移控制信号及读出顺序可为图1、2A到2B中所描绘的像素电路的转移控制信号及读出顺序的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

如所描绘的实例中所展示，第一转移控制信号TX_N_O 334-1经配置以在第一读出周期中读出像素电路，且然后第二转移控制信号TX_N_E 334-2经配置以在第二读出周期中读出像素电路，且然后第三转移控制信号TX_N+1_O 334-3经配置以在第三读出周期中读出像素电路，且然后第四转移控制信号TX_N+1_E 334-4经配置以在第四读出周期中读出像素电路等。如所展示，第二读出周期发生在第一读出周期之后，第三读出周期发生在第二读出周期之后，且第四读出周期发生在第三读出周期之后。在一个实例中，读出周期的循环重复以读出包含在像素阵列中的像素电路。在一个实例中，第一及第三转移控制信号TX_N_O334-1及TX_N+1_O 334-3经配置以控制像素阵列的奇数列中的第一及第三光电二极管(例如，PD1、PD3)的读出，且第二及第四转移控制信号TX_N_E334-2及TX_N+1_E 334-4经配置以控制像素阵列的偶数列中的第二及第四光电二极管(例如，PD2、PD4)的读出。

为了说明，图3B说明根据本发明的教示的具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的实例像素阵列302的第一读出周期。应了解，图3B中所描绘的像素阵列302可为图1中所描绘的像素阵列102的一个实例且包含在像素阵列302中的像素电路可为图1、2A到2B中所描绘的像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

例如，如图3B中所展示，像素阵列302包含像素电路的阵列，其包含安置在相邻的像素电路304_N-2与304_N+2之间的像素电路304_N。在所述实例中，像素电路304_N-2、304_N、304_N+2中的每一者包含标记为1、2、3及4的四个光电二极管(其对应于图2A到2B中的光电二极管PD1 214-1、PD2 214-2、PD3 214-3及PD4 214-4)。在所述实例中，像素电路304_N-2、304_N、304_N+2中的每一者中的光电二极管1及3经配置以响应于奇数转移控制信号TX_N_O 334-1及TX_N+1_O 334-3而被控制，且像素电路304_N-2、304_N、304_N+2中的每一者中的光电二极管2及4经配置以响应于偶数转移控制信号TX_N_E 334-2及TX_N+1_E 334-4而被控制。

图3B中所描绘的实例说明第一读出周期，在第一读出周期期间，像素电路304_N-2、304_N、304_N+2中的每一者的第一光电二极管1(例如，PD1 214-1)经配置以响应于第一转移控制信号TX_N_O 334-1而被读出，如上文在图3A中所描述的。应了解，根据本发明的教示，每一像素电路304_N-2、304_N、304_N+2的每一第一光电二极管1(例如，PD1 214-1)与相邻的像素电路304_N-2、304_N、304_N+2的对应第一光电二极管1(例如，PD1 214-1)同时读出，这是因为经耦合以控制相邻的像素电路304_N-2、304_N、304_N+2的第一转移晶体管TX1(例如，TX1 216-1)的共享栅极结构(例如，SGS230-1)。

图3C说明根据本发明的教示的具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的实例像素阵列302的第二读出周期。类似于图3B，应了解，图3C中所描绘的像素阵列302也是图1中所描绘的像素阵列102的一个实例，且包含在像素阵列302中的像素电路可为图1、2A到2B中所描绘的像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

图3C说明根据本发明的教示的具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的实例像素阵列302的第二读出周期。如所展示，在第二读出周期期间，像素电路304_N-2、304_N、304_N+2中的每一者的第二光电二极管2(例如，PD2 214-2)经配置以响应于第二转移控制信号TX_N_E 334-2而被读出，如上文在图3A中所描述的。如所展示，应了解，根据本发明的教示，每一像素电路304_N-2、304_N、304_N+2的每一第二光电二极管2(例如，PD2214-2)与相邻的像素电路304_N-2、304_N、304_N+2的对应第二光电二极管2(例如，PD2214-2)同时读出，这是因为经耦合以控制相邻像素电路304_N-2、304_N、304_N+2的第二转移晶体管TX2(例如，TX2 216-2)的共享栅极结构(例如，SGS230-2)。应了解，在随后的第三读出周期及后续的第四读出周期中，响应于第三转移控制信号TX_N+1_O 334-3及第四转移控制信号TX_N+1_E 334-4类似地读出每一第三光电二极管3(例如，PD3 214-3)及第四光电二极管4(例如，PD4 214-4)。

图4展示根据本发明的教示的具有包含在像素阵列中的带有分离浮动扩散的共享栅极结构的实例像素电路404的横截面视图。应了解，图4中所描绘的像素电路404可为上文在图1、2A到2B、3B到3C中所描绘的像素电路中的一者的一个实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

特定来说，应了解，在实例像素电路404的横截面视图中描绘的实例像素电路404的横截面视图是沿着如图2A中所展示的虚线A-A'的横截面视图。如图4中所描绘的实例中所展示，像素电路404包含多个光电二极管，其包含安置在半导体衬底或半导体材料460中的第三光电二极管PD3 414-3及第四光电二极管PD4 414-4。在一个实例中，第三光电二极管PD3 414-3及第四光电二极管PD4 414-4包含N型掺杂半导体材料。在所述实例中，第三光电二极管PD3 414-3及第四光电二极管PD4 414-4经配置以响应于入射光而光生电荷。

第一分离浮动扩散FD_1 418-1及第二分离浮动扩散FD_2 418-2安置在半导体材料460中，且经配置以分别存储在第三光电二极管PD3 414-3及第四光电二极管PD4 414-4中光生的电荷。在所描绘的实例中，在第三光电二极管PD3 414-3中光生的电荷经配置以通过第三转移晶体管TX3 416-3被转移到第一分离浮动扩散FD_1 418-1，且在第四光电二极管PD4 414-4中光生的电荷经配置以通过第四转移晶体管TX4 416-4被转移到第二分离浮动扩散FD_2 418-2。

如所描绘的实例中所展示，第三共享栅极结构SGS 430-3包含第三转移晶体管TX3416-3的栅极电极，且第四共享栅极结构SGS 430-4包含第四转移晶体管TX4 416-4的栅极电极。在所描绘的实例中，第三转移晶体管TX3 416-3的栅极电极及第四转移晶体管TX4416-4的栅极电极安置在半导体材料460的表面上方。如所描绘的实例中所展示，源极跟随器晶体管SF 420在半导体材料460中安置在第一分离浮动扩散FD_1 418-1与第二分离浮动扩散FD_2 418-2之间。在所描绘的实例中，源极跟随器晶体管SF 420的栅极电极也安置在半导体材料460的表面上方。在所述实例中，薄栅极氧化物440安置在第三及第四转移晶体管TX3 416-3及TX4 416-4的栅极电极以及源极跟随器晶体管SF 420的栅极电极与半导体材料460的表面之间。在一个实例中，薄栅极氧化物440具有大约30到80埃的厚度。

在所描绘的实例中，导体432安置在源极跟随器晶体管SF 420的栅极、第一分离浮动扩散FD_1 418-1及第二分离浮动扩散FD_2 418-2上方，如所展示。在所述实例中，导体432用安置在层间电介质438中的金属1互连件实施，所述层间电介质安置在晶体管的栅极电极上方以及半导体材料460的表面上方，如所展示。在所述实例中，导体432通过层间电介质438通过接触件442耦合到源极跟随器晶体管SF 420的栅极、第一分离浮动扩散FD_1418-1及第二分离浮动扩散FD_2 418-2，如所展示。因而，源极跟随器晶体管SF 420的栅极通过接触件442及导体432耦合到第一及第二分离浮动扩散FD_1418-1及FD2 418-2。在所描绘的实例中，第三共享栅极结构SGS 430-3经耦合以接收第三转移控制信号TX_N+1_O 434-3，且第四共享栅极结构SGS 430-4经耦合以通过层间电介质438通过其相应的接触件442接收第四转移控制信号TX_N+1_E 434-4，如所展示。在一些实施例中，导体432可不被安置为金属1互连件，且可为其它金属层中的金属互连件，例如，金属2，或层间电介质438内的金属互连件。在一些实施例中，导体432可为嵌入层间电介质438中的基于多晶硅的互连件，例如，源极跟随器晶体管SF 420的栅极的延伸部。

如所描绘的实例中所展示，像素电路404还包含多个隔离结构。例如，如图4中所展示，第一隔离结构在半导体材料460中安置在第一分离浮动扩散FD_1 418-1与源极跟随器晶体管SF 420的源极/漏极(例如，S/D)区之间，其包含安置在阱隔离区436中的浅沟槽隔离(例如，STI)结构444。第二隔离结构也在半导体材料460中安置在第二分离浮动扩散FD_2418-2与源极跟随器晶体管SF 420的源极/漏极(例如，S/D)区之间，其也包含安置在阱隔离区436中的浅沟槽隔离(例如，STI)结构444。在所述实例中，浅沟槽隔离(例如，STI)结构444安置成靠近半导体材料460的前侧。每一浅沟槽隔离(例如，STI)结构444相对于半导体材料460的表面(例如，前侧表面)的深度可大于第一分离浮动扩散FD_1 418-1或第二分离浮动扩散FD_2 418-2的结深度。每一浅沟槽隔离(例如，STI)结构444的深度可大于源极跟随器晶体管SF 420的源极/漏极区的结深度。

在所描绘的实例中，额外的隔离结构也安置在半导体材料460中以将包含第三光电二极管PD3 414-3及第四光电二极管PD4 414-4的光电二极管与环绕的电路元件隔离。例如，如图4中所展示，第三隔离结构在半导体材料460中安置成靠近第三光电二极管PD3414-3，所述第三隔离结构包含安置在阱隔离区448中的深沟槽隔离(例如，DTI)结构446，且第四隔离结构在半导体材料460中安置成靠近第四光电二极管PD4 414-4，所述第四隔离结构也包含安置在阱隔离区448中的深沟槽隔离(例如，DTI)结构446。在所述实例中，深沟槽隔离(例如，DTI)结构446安置成靠近半导体材料460的背侧。在图4中所展示的实例中，光电二极管(例如，PD3 414-3及PD4 414-4)安置在DTI结构446与相应的第一及第二分离浮动扩散FD_1 418-1及FD2 418-2之间。阱隔离区436及448是具有与光电二极管(例如，PD3 414-3及PD4 414-4)、源极跟随器晶体管SF 420的源极/漏极(例如，S/D)区以及第一分离浮动扩散FD_1 418-1或第二分离浮动扩散FD_2 418-2的导电类型相反的导电类型的掺杂阱区。在所述实例中，阱隔离区436及448包含P型掺杂半导体材料。

图5说明根据本发明的教示的安置在包含具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置的像素阵列502上方的滤色器阵列的各种实例图案。应了解，图5中所描绘的实例像素阵列502及像素电路可为上文在图1、2A到2B、3B到3C、4中所描绘的实例像素阵列及/或像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

如图5中所描绘的实例中所展示，像素阵列502包含像素电路的阵列，其包含像素电路504_N、504_N+2、505_N及505_N+2。应了解，像素电路504_N、504_N+2、505_N及505_N+2中的每一者大体上类似于上文所讨论的像素电路。因此，图5中所展示的像素电路504_N、504_N+2、505_N及505_N+2中的每一者包含四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4的2x2布置，如所展示。在所述实例中，滤色器阵列安置在像素阵列502上方，使得每一像素电路504_N、504_N+2、505_N及505_N+2的光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4中的每一者经配置以用穿过安置在像素阵列502上方的滤色器阵列的滤色器中的相应一者的入射光照射。在各种实例中，彩色像素阵列包含按某种图案布置的滤色器的马赛克，例如拜耳滤色器等。

在图5中所说明的实例中，安置在像素阵列502上方的滤色器阵列包含安置在像素电路505_N上方的第一滤色器550R、安置在像素电路505_N+2上方的第二滤色器550G1、安置在像素电路504_N上方第三滤色器550G2及安置在像素电路504_N+2上方的第四滤色器550B。在所描绘的实例中，第一滤色器550R是红色(R)滤色器，且第二滤色器550G1及第三滤色器550G2是绿色滤色器。在一个实例中，第四滤色器550B可为蓝色(B)滤色器。在另一实例中，第四滤色器550B可为透明(CLR)滤色器。在又一实例中，第四滤色器550B可为红外(IR)滤色器。

应了解，在图5中所描绘的实例中的每一者中，每一相应的像素电路504_N、504_N+2、505_N及505_N+2的所有四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4经配置以接收穿过滤色器550G2、550B、550R或550G1中的相同的相应一者的入射光。因此，在其中第四滤色器550B是蓝色(B)滤色器的实例中，像素电路504_N+2的所有四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4经配置以接收已用蓝色滤色器550过滤的入射光。类似地，像素电路505_N的所有四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4经配置以接收已用红色滤色器550R过滤的入射光。类似地，像素电路504_N的所有四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4以及像素电路504_N+2的所有四个光电二极管PD1，PD2，PD3及PD4经配置以接收已用绿色滤色器550G1及550G2过滤的入射光。

图6A说明根据本发明的教示安置在包含具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置的像素阵列602A上方的微透镜的实例。应了解，图6A中所描绘的实例像素阵列602A及像素电路可为上文在图1、2A到2B、3B到3C、4到5中所描绘的实例像素阵列及/或像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

如图6A中所描绘的实例中所展示，像素阵列602A包含像素电路的阵列，包含像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2。应了解，像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者大体上类似于上文所讨论的像素电路。因此，图6A中所展示的像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者包含四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4的2x2布置，如所展示。

在所述实例中，包含多个微透镜652的微透镜阵列安置在像素阵列602A上方，使得每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4中的每一者经配置以用穿过安置在像素列阵列602A上方的微透镜阵列的微透镜652中的相应一者的入射光照射，如所展示。换句话说，在图6A中所描绘的实例中，每一微透镜652安置在每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的第一、第二、第三及第四光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4的2x2布置上方。

图6B说明根据本发明的教示安置在包含具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置的像素阵列602B上方的微透镜的另一实例。应了解，图6B中所描绘的实例像素阵列602B及像素电路可为上文在图1、2A到2B、3B到3C、4到5中所描绘的实例像素阵列及/或像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

如图6B中所描绘的实例中所展示，像素阵列602B包含像素电路的阵列，其包含像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2。应了解，像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者大体上类似于上文所讨论的像素电路。因此，图6B中所展示的像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者包含四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4的2x2布置，如所展示。

在所述实例中，包含多个微透镜654A、654B的微透镜阵列安置在像素阵列602B上方，使得每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的光电二极管PD1及PD3中的每一者经配置以用穿过微透镜阵列的微透镜654A中的相应一者的入射光照射，如所展示，且每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的光电二极管PD2及PD4中的每一者经配置以用穿过微透镜阵列的微透镜654B中的相应一者的入射光照射，如所展示。换句话说，应了解，每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的第一、第二、第三及第四光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4被划分为光电二极管的1x2布置，其中第一1x2布置包含第一及第三光电二极管PD1及PD3，且第二1x2布置包含第二及第四光电二极管PD2及PD4。在所述实例中，微透镜654A安置在包含第一及第三光电二极管PD1及PD3的每一第一1x2布置上方，且微透镜654B安置在包含第二及第四光电二极管PD2及PD4的每一第二1x2布置上方，如所展示。

图6C说明根据本发明的教示安置在包含具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置的像素阵列602C上方的微透镜的又一实例。应了解，图6C中所描绘的实例像素阵列602C及像素电路可为上文在图1、2A到2B、3B到3C、4到5中所描绘的实例像素阵列及/或像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

如图6C中所描绘的实例中所展示，像素阵列602C包含像素电路的阵列，其包含像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2。应了解，像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者大体上类似于上文所讨论的像素电路。因此，图6C中所展示的像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者包含四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4的2x2布置，如所展示。

在所述实例中，包含多个微透镜656A、656B的微透镜阵列安置在像素阵列602C上方，使得每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的光电二极管PD1及PD2中的每一者经配置以用穿过微透镜阵列的微透镜656A中的相应一者的入射光照射，如所展示，且每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的光电二极管PD3及PD4中的每一者经配置以用穿过微透镜阵列的微透镜656B中的相应一者的入射光照射，如所展示。换句话说，应了解，每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的第一、第二、第三及第四光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4被划分为光电二极管的2x1布置，其中第一2x1布置包含第一及第二光电二极管PD1及PD2，且第二2x1布置包含第三及四光电二极管PD3及PD4。在所述实例中，微透镜656A安置在包含第一及第二光电二极管PD1及PD2的每一第一2x1布置上方，且微透镜656B安置在包含第三及第四光电二极管PD3及PD4的每一第二2x1布置上方，如所展示。

图6D说明根据本发明的教示安置在包含具有带有分离浮动扩散的共享栅极结构的像素电路的布置的像素阵列602D上方的微透镜的又一实例。应了解，图6D中所描绘的实例像素阵列602D及像素电路可为上文在图1、2A到2B、3B到3C、4到5中所描绘的实例像素阵列及/或像素电路的实例，且上文描述的类似地命名及编号的元件在下文类似地耦合并起作用。

如图6D中所描绘的实例中所展示，像素阵列602D包含像素电路的阵列，其包含像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2。应了解，像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者大体上类似于上文所讨论的像素电路。因此，图6D中所展示的像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2中的每一者包含四个光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4的2x2布置，如所展示。

在所述实例中，包含多个微透镜658的微透镜阵列安置在像素阵列602D上，使得每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的每一个别的光电二极管PD1、PD2、PD3或PD4经配置以用穿过微透镜阵列的微透镜658中的相应个别的一者的入射光照射，如所展示。换句话说，应了解，每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的第一、第二、第三及第四光电二极管PD1、PD2、PD3及PD4被划分为相应个别的1x1布置。在所述实例中，微透镜658中的每一者安置在每一像素电路604_N、604_N+2、605_N及605_N+2的光电二极管PD1、PD2、PD3或PD4中的相应一者上方。

本发明的所说明实例的以上描述(包含在摘要中描述的内容)并不旨在详尽或将本发明限于所公开的精确形式。如相关领域的技术人员将认识到，虽然为了说明的目的在本文中描述本发明的具体实例，但各种修改在本发明的范围内是可能的。

鉴于上文详细描述，可对本发明进行这些修改。所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限于说明书中所公开的具体实例。而是，本发明的范围将要完全由所附权利要求来确定，所述权利要求应根据权利要求解释的既定理论来解释。

Claims (41)

1.一种像素阵列，其包括：

多个像素电路，其经布置成行及列，其中所述多个像素电路中的第一像素电路包含：

第一、第二、第三及第四光电二极管，其安置在半导体材料中并经配置以响应于入射光而光生电荷；

第一、第二、第三及第四转移晶体管，其分别耦合到所述第一、第二、第三及第四光电二极管；

第一及第二分离浮动扩散，其安置在所述半导体材料中，其中所述第一分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第一及第三转移晶体管接收由所述第一及第三光电二极管光生的所述电荷，其中所述第二分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第二及第四转移晶体管接收由所述第二及第四光电二极管光生的所述电荷；及

第一、第二、第三及第四共享栅极结构，其中所述第一共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第一转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第二像素电路的第一转移晶体管的栅极，其中所述第三共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第三转移晶体管的栅极及所述第二像素电路的第三转移晶体管的栅极，其中所述第二共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第二转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第三像素电路的第二转移晶体管的栅极，其中所述第四共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第四转移晶体管的栅极及所述第三像素电路的第四转移晶体管的栅极。

2.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述第一像素电路在所述半导体材料中安置在所述第二像素电路与所述第三像素电路之间。

3.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述第一像素电路进一步包括在所述半导体材料中安置在所述第一与第二分离浮动扩散之间的源极跟随器晶体管。

4.根据权利要求3所述的像素阵列，其中所述第一像素电路进一步包括：

第一隔离结构，其在所述半导体材料中安置在所述第一分离浮动扩散与所述源极跟随器晶体管之间；及

第二隔离结构，其在所述半导体材料中安置在所述第二分离浮动扩散与所述源极跟随器晶体管之间。

5.根据权利要求4所述的像素阵列，其中所述第一及第二隔离结构中的每一者包括：

阱隔离区，其在所述半导体材料中安置成靠近所述源极跟随器晶体管；及

浅沟槽隔离STI结构，其在所述阱隔离区中安置成靠近所述半导体材料的前侧。

6.根据权利要求3所述的像素阵列，其中所述第一像素电路进一步包括导体，所述导体安置在所述源极跟随器晶体管的栅极以及所述第一及第二分离浮动扩散上方，其中所述源极跟随器晶体管的所述栅极通过所述导体耦合到所述第一及第二分离浮动扩散。

7.根据权利要求6所述的像素阵列，其中所述第一像素电路进一步包括行选择晶体管，所述行选择晶体管耦合到所述源极跟随器晶体管，其中所述行选择晶体管安置在所述第一与第二分离浮动扩散之间，其中所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管耦合在电源线与位线之间。

8.根据权利要求7所述的像素阵列，其中所述第一像素电路进一步包括复位晶体管，所述复位晶体管耦合在所述电源线与所述第一及第二分离浮动扩散之间。

9.根据权利要求8所述的像素阵列，其中所述导体进一步耦合在所述第一及第二分离浮动扩散与所述复位晶体管之间。

10.根据权利要求9所述的像素阵列，其中所述第一像素电路进一步包括：

电容器；及

双浮动扩散晶体管，其耦合在所述电容器与所述第一及第二分离浮动扩散之间，其中所述导体进一步耦合在所述第一及第二分离浮动扩散与所述双浮动扩散晶体管之间。

11.根据权利要求1所述的像素阵列，

其中所述多个像素电路中的所述第一像素电路的所述第一转移晶体管的所述栅极及所述第二像素电路的所述第一转移晶体管的所述栅极经耦合以响应于第一转移控制信号而被控制，

其中所述多个像素电路中的所述第一像素电路的所述第二转移晶体管的所述栅极及所述第三像素电路的所述第二转移晶体管的所述栅极经耦合以响应于第二转移控制信号而被控制，

其中所述第一像素电路的所述第三转移晶体管的所述栅极及所述第二像素电路的所述第三转移晶体管的所述栅极经耦合以响应于第三转移控制信号而被控制，

其中所述第一像素电路的所述第四转移晶体管的所述栅极及所述第三像素电路的所述第四转移晶体管的所述栅极经耦合以响应于第四转移控制信号而被控制。

12.根据权利要求1所述的像素阵列，

其中所述第一共享栅极结构经耦合以接收第一转移控制信号，其中所述第一转移控制信号经耦合以由与所述第一及第二栅极结构在同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的奇数列中的共享栅极结构接收，

其中所述第二共享栅极结构经耦合以接收第二转移控制信号，其中所述第二转移控制信号经耦合以由与所述第一及第二栅极结构在所述同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的偶数列中的共享栅极结构接收，

其中所述第三共享栅极结构经耦合以接收第三转移控制信号，其中所述第三转移控制信号经耦合以由与所述第三及第四栅极结构在同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的奇数列中的共享栅极结构接收，

其中所述第四共享栅极结构经耦合以接收第四转移控制信号，其中所述第四转移控制信号经耦合以由与所述第三及第四栅极结构在所述同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的偶数列中的共享栅极结构接收。

13.根据权利要求12所述的像素阵列，

其中所述第一转移控制信号经配置以在所述第二转移控制信号经配置以读出所述第二光电二极管之前读出所述第一光电二极管，

其中所述第二转移控制信号经配置以在所述第三转移控制信号经配置以读出所述第三光电二极管之前读出所述第二光电二极管，

其中所述第三转移控制信号经配置以在所述第四转移控制信号经配置以读出所述第四光电二极管之前读出所述第三光电二极管。

14.根据权利要求13所述的像素阵列，

其中所述第一光电二极管经配置以响应于所述第一转移控制信号而在第一读出周期期间被读出，

其中所述第二光电二极管经配置以响应于所述第二转移控制信号而在第二读出周期期间被读出，其中所述第二读出周期发生在所述第一读出周期之后，

其中所述第三光电二极管经配置以响应于所述第三转移控制信号而在第三读出周期期间被读出，其中所述第三读出周期发生在所述第二读出周期之后，

其中所述第四光电二极管经配置以响应于所述第四转移控制信号而在第四读出周期期间被读出，其中所述第四读出周期发生在所述第三读出周期之后。

15.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述第一、第二、第三及第四光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射。

16.根据权利要求1所述的像素阵列，

其中所述第一及第三光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射，其中所述第二及第四光电二极管经配置以用穿过第二微透镜的所述入射光照射。

17.根据权利要求1所述的像素阵列，

其中所述第一及第二光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射，其中所述第三及第四光电二极管经配置以用穿过第二微透镜的所述入射光照射。

18.根据权利要求1所述的像素阵列，

其中所述第一光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射，

其中所述第二光电二极管经配置以用穿过第二微透镜的所述入射光照射，

其中所述第三光电二极管经配置以用穿过第三微透镜的所述入射光照射，其中所述第四光电二极管经配置以用穿过第四微透镜的所述入射光照射。

19.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述第一、第二、第三及第四光电二极管经配置以用穿过安置在所述像素阵列上方的滤色器阵列中的第一滤色器的所述入射光照射。

20.根据权利要求19所述的像素阵列，其中所述滤色器阵列的所述第一滤色器安置在所述第一像素电路上方。

21.一种成像系统，其包括：

像素阵列，其包含布置成行及列的多个像素电路，其中所述多个像素电路中的第一像素电路包含：

第一、第二、第三及第四光电二极管，其安置在半导体材料中并经配置以响应于入射光而光生电荷；

第一、第二、第三及第四转移晶体管，其分别耦合到所述第一、第二、第三及第四光电二极管；

第一及第二分离浮动扩散，其安置在所述半导体材料中，其中所述第一分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第一及第三转移晶体管接收由所述第一及第三光电二极管光生的所述电荷，其中所述第二分离浮动扩散经耦合以分别通过所述第二及第四转移晶体管接收由所述第二及第四光电二极管光生的所述电荷；及

第一、第二、第三及第四共享栅极结构，其中所述第一共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第一转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第二像素电路的第一转移晶体管的栅极，其中所述第三共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第三转移晶体管的栅极及所述第二像素电路的第三转移晶体管的栅极，其中所述第二共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第二转移晶体管的栅极及所述多个像素电路中的第三像素电路的第二转移晶体管的栅极，其中所述第四共享栅极结构包括所述第一像素电路的所述第四转移晶体管的栅极及所述第三像素电路的第四转移晶体管的栅极；

控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及

读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像数据。

22.根据权利要求21所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑耦合到所述读出电路以存储来自所述像素阵列的所述图像数据。

23.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述第一像素电路在所述半导体材料中安置在所述第二像素电路与所述第三像素电路之间。

24.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述第一像素电路进一步包括在所述半导体材料中安置在所述第一与第二分离浮动扩散之间的源极跟随器晶体管。

25.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述第一像素电路进一步包括：

第一隔离结构，其在所述半导体材料中安置在所述第一分离浮动扩散与所述源极跟随器晶体管之间；及

第二隔离结构，其在所述半导体材料中安置在所述第二分离浮动扩散与所述源极跟随器晶体管之间。

26.根据权利要求25所述的成像系统，其中所述第一及第二隔离结构中的每一者包括：

阱隔离区，其在所述半导体材料中安置成靠近所述源极跟随器晶体管的；及

浅沟槽隔离STI结构，其在所述阱隔离区中安置成靠近所述半导体材料的前侧。

27.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述第一像素电路进一步包括导体，所述导体安置在所述源极跟随器晶体管的栅极以及所述第一及第二分离浮动扩散上方，其中所述源极跟随器晶体管的所述栅极通过所述导体耦合到所述第一及第二分离浮动扩散。

28.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述第一像素电路进一步包括行选择晶体管，所述行选择晶体管耦合到所述源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管耦合在电源线与位线之间。

29.根据权利要求28所述的成像系统，其中所述第一像素电路进一步包括复位晶体管，所述复位晶体管耦合在所述电源线与所述第一及第二分离浮动扩散之间。

30.根据权利要求29所述的成像系统，其中所述导体进一步耦合在所述第一及第二分离浮动扩散与所述复位晶体管之间。

31.根据权利要求30所述的成像系统，其中所述第一像素电路进一步包括：

电容器；及

双浮动扩散晶体管，其耦合在所述电容器与所述第一及第二分离浮动扩散之间。

32.根据权利要求31所述的成像系统，其中所述导体进一步耦合在所述第一及第二分离浮动扩散与所述双浮动扩散晶体管之间。

33.根据权利要求21所述的成像系统，

其中所述第一共享栅极结构经耦合以接收第一转移控制信号，其中所述第一转移控制信号经耦合以由与所述第一及第二栅极结构在同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的奇数列中的共享栅极结构接收，

其中所述第二共享栅极结构经耦合以接收第二转移控制信号，其中所述第二转移控制信号经耦合以由与所述第一及第二栅极结构在所述同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的偶数列中的共享栅极结构接收，

其中所述第三共享栅极结构经耦合以接收第三转移控制信号，其中所述第三转移控制信号经耦合以由与所述第三及第四栅极结构在同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的奇数列中的共享栅极结构接收，

其中所述第四共享栅极结构经耦合以接收第四转移控制信号，其中所述第四转移控制信号经耦合以由与所述第三及第四栅极结构在所述同一行中的所述像素阵列中的所述共享栅极结构的偶数列中的共享栅极结构接收。

34.根据权利要求33所述的成像系统，

其中所述第一转移控制信号经配置以在所述第二转移控制信号经配置以读出所述第二光电二极管之前读出所述第一光电二极管，

其中所述第二转移控制信号经配置以在所述第三转移控制信号经配置以读出所述第三光电二极管之前读出所述第二光电二极管，

其中所述第三转移控制信号经配置以在所述第四转移控制信号经配置以读出所述第四光电二极管之前读出所述第三光电二极管。

35.根据权利要求34所述的成像系统，

其中所述第一光电二极管经配置以响应于所述第一转移控制信号而在第一读出周期期间被读出，

其中所述第二光电二极管经配置以响应于所述第二转移控制信号而在第二读出周期期间被读出，其中所述第二读出周期发生在所述第一读出周期之后，

其中所述第三光电二极管经配置以响应于所述第三转移控制信号而在第三读出周期期间被读出，其中所述第三读出周期发生在所述第二读出周期之后，

其中所述第四光电二极管经配置以响应于所述第四转移控制信号而在第四读出周期期间被读出，其中所述第四读出周期发生在所述第三读出周期之后。

36.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述第一、第二、第三及第四光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射。

37.根据权利要求21所述的成像系统，

其中所述第一及第三光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射，其中所述第二及第四光电二极管经配置以用穿过第二微透镜的所述入射光照射。

38.根据权利要求21所述的成像系统，

其中所述第一及第二光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射，其中所述第三及第四光电二极管经配置以用穿过第二微透镜的所述入射光照射。

39.根据权利要求21所述的成像系统，

其中所述第一光电二极管经配置以用穿过第一微透镜的所述入射光照射，

其中所述第二光电二极管经配置以用穿过第二微透镜的所述入射光照射，

其中所述第三光电二极管经配置以用穿过第三微透镜的所述入射光照射，其中所述第四光电二极管经配置以用穿过第四微透镜的所述入射光照射。

40.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述第一、第二、第三及第四光电二极管经配置以用穿过安置在所述像素阵列上方的滤色器阵列中的第一滤色器的所述入射光照射。

41.根据权利要求40所述的成像系统，其中所述滤色器阵列的所述第一滤色器安置在所述第一像素电路上方。