TWI491225B

TWI491225B - 影像感測器裝置及其操作方法

Info

Publication number: TWI491225B
Application number: TW102111962A
Authority: TW
Inventors: Sohei Manabe; Jeong-Ho Lyu
Original assignee: Omnivision Tech Inc
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2015-07-01
Also published as: US20130265472A1; CN103369271A; US9007504B2; TW201347532A; CN103369271B

Description

影像感測器裝置及其操作方法

本發明實質上係關於影像感測器，且特定言之但並非純粹地，係關於CMOS影像感測器。

影像感測器已變得普遍。其廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、保全攝影機以及醫療、汽車及其他應用中。對較高解析度及較低電力消耗之需求已鼓勵此等影像感測器進行進一步小型化及整合。結果，用於製作影像感測器(例如，CMOS影像感測器(「CIS」))之技術繼續大幅進步。

圖1為展示像素電路100之一電路圖，該像素電路100包括一習知像素陣列之兩個四電晶體(「4T」)像素單元-Pa 110a及Pb 110b。在圖1中，像素單元Pa 110a及Pb 110b經配置成兩列及一行。Pa 110a及Pb 110b每一者包括相同之習知像素單元架構，其中每一像素單元包括一光敏元件PD、一傳送電晶體T1、一重設電晶體T2、一源極隨耦器(「SF」)電晶體T3及一選擇電晶體T4。

在Pa 110a之操作期間，傳送電晶體T1接收傳送信號TXa，其將累積於PD中之電荷傳送至浮動擴散節點FD。T2耦合在重設電力供應器RVDDa與FD之間以在重設信號RSTa之控制下重設該像素(例如，使FD及/或PD放電或充電至一預設電壓)。FD亦經耦合以控制T3之閘極。T3耦合在源極隨耦器電力供應器SVDD與T4之間。T3作為一源極隨耦器操作而提供至FD之一高阻抗連接。在選擇信號SELa之控制下，T4選擇性地將像素單元Pa 110a之一輸出提供至讀出行位元線BL。用一對應之傳送信號TXb、重設電力供應器RVDDb、重設信號RSTb及選擇信號SELb而達成像素單元110b之類似操作。

在像素單元110a中，藉由暫時確立重設信號RSTa及傳送信號TXa而重設PD及FD。藉由撤銷確立傳送信號TXa且允許入射光對PD充電而開始一影像累積視窗(曝光週期)。隨著光生電子在PD上累積，其電壓降低。PD上之電壓或電荷指示曝光週期期間入射在PD上之光之強度。在曝光週期結束時，撤銷確立重設信號RSTa以隔離FD且確立傳送信號TXa以允許PD與FD之間之電荷交換，且因此允許PD與T3之閘極之間之電荷交換。電荷傳送引起FD之電壓改變，其改變量與曝光週期期間PD上累積之光生電子成比例。此第二電壓使T3偏壓，此結合選擇信號SELa被確立而將一信號自T4驅動至讀出行線。接著將資料作為一類比信號自像素單元Pa 110a讀出至讀出行位元線BL上。

一般而言，影像感測器之小型化促成較小之光電二極體，其對於較小量之入射光產生較小量之電荷，繼而又產生較小電壓及/或電流位準之信號以表示所擷取之影像。此等較小信號較易受多種類型之雜訊的影響。

像素讀出雜訊取決於位元線BL之頻寬。解決像素讀出雜訊之當前技術包括在一相關雙取樣(CDS)電路(未展示)中提供一大的取樣保持電容，該相關雙取樣(CDS)電路經耦合用於位元線BL之一微分取樣。較大取樣保持電容導致用於在位元線BL上發信號之較窄頻寬特性，此繼而減小信號雜訊。然而，實施此一較大取樣保持電容需要影像感測器電路具有一較大晶粒尺寸。

用於減小像素讀出雜訊之另一解決方案係為源極隨耦器電晶體 T3提供一大的閘極尺寸。相較於一較小SF閘極尺寸，一較大SF閘極尺寸提供較好信雜比特性。然而，大的SF閘極尺寸通常以光電二極體之尺寸為代價，此使光電二極體之靈敏度及全阱容量劣化。用於改良像素雜訊之此等及其他當前技術在影像感測器尺寸方面一般具有抑制性折衷。

100‧‧‧像素電路

110a‧‧‧像素單元

110b‧‧‧像素單元

200‧‧‧成像系統

201‧‧‧光學器件

202‧‧‧影像感測器

204‧‧‧像素陣列

206‧‧‧列

208‧‧‧行

210‧‧‧信號讀取及處理電路

212‧‧‧信號調節器

214‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)

216‧‧‧數位信號處理器(DSP)

218‧‧‧儲存單元

220‧‧‧顯示單元

300‧‧‧影像感測器

305‧‧‧像素單元

310‧‧‧傳送電晶體

315‧‧‧光敏元件/光電二極體區域

320‧‧‧重設電晶體

330‧‧‧浮動擴散節點

340‧‧‧源極隨耦器電晶體

350‧‧‧選擇電晶體

360‧‧‧源極隨耦器電力跡線

362‧‧‧讀出位元線

364‧‧‧第一跡線

372‧‧‧第三片段之寬度

374‧‧‧第二片段之寬度

376‧‧‧第一片段之寬度

380‧‧‧最小距離/最小間隔

385‧‧‧最小距離/最小間隔

390‧‧‧傳送信號

392‧‧‧重設信號

394‧‧‧重設電力供應器

396‧‧‧選擇信號

400‧‧‧背照式(BSI)影像感測器

405‧‧‧基板

410‧‧‧彩色濾光器

412‧‧‧基板之背側

415‧‧‧微透鏡

420‧‧‧光電二極體區域

422‧‧‧鈍化或釘扎層

435‧‧‧電路區域

440‧‧‧金屬堆疊

445‧‧‧擴散阱

450‧‧‧浮動擴散節點/浮動擴散

460‧‧‧傳送電晶體

462‧‧‧重設電晶體

464‧‧‧源極隨耦器電晶體

470‧‧‧金屬層

472a‧‧‧跡線

472b‧‧‧跡線

474‧‧‧金屬層

475‧‧‧跡線

476‧‧‧金屬層

478‧‧‧跡線/源極隨耦器電力跡線

480‧‧‧跡線/位元線跡線/位元線

482‧‧‧跡線/第一跡線

490‧‧‧選擇電晶體

495‧‧‧跡線

500‧‧‧影像感測器

505‧‧‧像素單元/像素陣列

510‧‧‧傳送電晶體

515‧‧‧光敏元件

520‧‧‧重設電晶體

540‧‧‧源極隨耦器電晶體

560‧‧‧SVDD

562‧‧‧讀出位元線

564‧‧‧第一跡線

572‧‧‧第三片段之寬度/跡線

574‧‧‧寬度/跡線

576‧‧‧第一片段之寬度/跡線

580‧‧‧最小距離

585‧‧‧最小距離

590‧‧‧傳送信號

592‧‧‧重設信號

594‧‧‧重設電力供應器

BL‧‧‧讀出行位元線

d1‧‧‧最小距離

d2‧‧‧最小距離

FD‧‧‧浮動擴散節點

PD‧‧‧光敏元件

RSTa‧‧‧重設信號

RSTb‧‧‧重設信號

RVDDa‧‧‧重設電力供應器

RVDDb‧‧‧重設電力供應器

SELa‧‧‧選擇信號

SELb‧‧‧選擇信號

SVDD‧‧‧源極隨耦器電力供應器

T1‧‧‧傳送電晶體

T2‧‧‧重設電晶體

T3‧‧‧源極隨耦器(「SF」)電晶體

T4‧‧‧選擇電晶體

TXa‧‧‧傳送信號

TXb‧‧‧傳送信號

w1‧‧‧第三片段之寬度

w2‧‧‧寬度

w3‧‧‧第一片段之寬度

在附圖之圖式中，經由實例而非限制繪示本發明之多種實施例，且其中：圖1係繪示一習知影像感測器中之兩個4T像素之像素電路之一電路圖。

圖2係繪示根據一實施例之一影像感測器系統之元件之一方塊圖。

圖3係繪示根據一實施例之一影像感測器之元件之一電路圖。

圖4係繪示根據一實施例之一影像感測器之元件之一混合橫截面圖/電路圖。

圖5係繪示根據一實施例之一影像感測器之元件之一電路圖。

圖6係繪示根據一實施例之用於操作一影像感測器之一像素單元之一方法之要素之一流程圖。

在本文論述之實施例各自不同地提供用於減小影像感測器電路中之信號雜訊之技術及機制。此電路可包括或以其他方式提供一像素陣列之操作，該像素陣列包括具有一源極隨耦器以提供一放大信號之一像素單元。該像素單元之一輸出信號可(例如)基於此一放大信號。

在一實施例中，操作此一像素單元之電路包括經耦合以接收該像素單元之一輸出信號之一位元線跡線以及經耦合至該像素單元以直接或間接對源極隨耦器電晶體供電之一源極隨耦器電力跡線。某些實施例各自不同地對於此一位元線跡線與一個或多個其他跡線之間之增加的電容提供一電路配置。藉由繪示而非限制之方式，此一電路配置可包括以上描述之位元線跡線及源極隨耦器電力跡線以及額外跡線之各自片段，當像素單元對位元線跡線提供一輸出信號時該額外跡線將維持在一特定電壓位準處。

為了減小像素讀出信號雜訊，位元線跡線、源極隨耦器電力跡線及額外跡線之各自片段可彼此平行延伸。藉由繪示而非限制之方式，位元線跡線片段可位於源極隨耦器電力跡線與額外跡線之相鄰之各自片段之間。此等各自片段可(例如)沿著一像素陣列中之像素之一行之一方向延伸，該像素陣列經組態以在像素列基礎上提供輸出信號。此等片段之一些或全部可在位元線跡線將自其接收一輸出信號之一像素單元上延伸，然而某些實施例在此方面不受限制。

在一個實施例中，對於位元線跡線、源極隨耦器電力跡線及額外跡線之此等各自片段之每一者，在該片段與該等片段之一各自相鄰之另一者之間之一最小間隔實質上等於或小於某一最大距離，例如0.2微米。額外地或替代地，該額外跡線片段與該位元線跡線片段之間之一最小間隔可實質上等於該額外跡線片段之一寬度。額外地或替代地，該位元線跡線片段與該源極隨耦器電力跡線片段之間之一最小間隔可實質上等於該源極隨耦器電力跡線片段之一寬度。額外地或替代地，該額外跡線片段與該位元線跡線片段之間之最小間隔可實質上等於該位元線跡線片段與該源極隨耦器電力跡線片段之間之最小間隔。

圖2繪示根據一實施例之一成像系統200之元件。光學器件201(其可包括折射、繞射或反射光學器件或此等之組合)可耦合至影像感測器202，以將一影像聚焦於該影像感測器之像素陣列204中的像素上。像素陣列204可擷取影像且成像系統200之其餘部分可處理來自該影像之像素資料。藉由繪示而非限制之方式，影像感測器202可包含像素陣列204及信號讀取及處理電路210。影像感測器202可(例如)包括像素陣列204，該像素陣列204包含經配置成列206及行208之複數個像素。在操作像素陣列204以擷取一影像期間，像素陣列204中之一個或多個像素可在某一曝光週期期間擷取入射光(即，光子)，且將收集之光子轉換為一電荷。由每一像素產生之電荷可作為一類比信號讀出，例如其中類比信號之一特性(諸如其電荷、電壓或電流)表示曝光週期期間入射於該像素上之光的強度。所繪示之像素陣列204形狀規則，但在其他實施例中，該陣列可具有不同於所展示之一規則或不規則之配置，且可包括比所展示的更多或更少的像素、列及行。此外，在不同實施例中，像素陣列204可為包括紅色、綠色及藍色像素之一彩色影像感測器，其經設計以擷取光譜之可見部分中的影像，或可為一黑白影像感測器，及/或經設計以擷取光譜之不可見部分(諸如紅外線或紫外線)中之影像之一影像感測器。

在一實施例中，影像感測器202包括信號讀取及處理電路210。尤其，信號讀取及處理電路210可包括系統地自每一像素讀取類比信號、對此等信號進行濾波、校正有缺陷之像素等等的電路及邏輯。在信號讀取及處理電路210僅執行一些讀取及處理功能之一實施例中，其餘功能可由一個或多個其他組件(諸如信號調節器212或數位信號處理器(DSP)216)執行。雖然在圖2中展示為與像素陣列204分開之一元件，但在一些實施例中，信號讀取及處理電路210可與像素陣列204整合在同一基板上，或可包含嵌入在像素陣列內之電路及邏輯。然而，在其他實施例中，如圖2中所展示，信號讀取及處理電路210係在像素陣列204外部之一元件。在另外其他實施例中，信號讀取及處理電路210之一些或全部不僅可在像素陣列204之外部，而且亦可在影像感測器202之外部。在一實施例中，信號讀取及處理電路210包括用於減小信號雜訊之一個或多個元件之一配置。例如，信號讀取及處理電路210可包括用於在一位元線跡線與影像感測器202之一個或多個其他跡線之間提供增加之電容之元件之一配置，例如，其中電容將使在該位元線跡線上發信號的頻寬特性變窄。

信號調節器212可耦合至影像感測器202以自像素陣列204及信號讀取及處理電路210接收類比信號並對其進行調節。在不同實施例中，信號調節器212可包括用於調節類比信號之多種組件。可在該信號調節器中找到之組件之實例包括濾波器、放大器、偏移電路、自動增益控制等。在其中信號調節器212僅包括此等元件之一些且僅執行一些調節功能之一實施例中，其餘功能可由一個或多個其他組件(諸如信號讀取及處理電路210或DSP 216)執行。類比至數位轉換器(ADC)214可耦合至信號調節器212以自信號調節器212接收對應於像素陣列204中之每一像素之經調節類比信號且將此等類比信號轉換為數位值。

DSP 216可耦合至ADC 214以自ADC 214接收數位化像素資料且處理此等數位資料以產生一最終數位影像。DSP 216可包括一處理器及一內部記憶體，DSP 216可在該內部記憶體中儲存及檢索資料。在影像由DSP 216進行處理之後，其可被輸出至儲存單元218(諸如，一快閃記憶體或者一光學或磁性儲存單元)及顯示單元220(諸如一LCD螢幕)之一者或兩者。

圖3係展示根據一實施例之包括一較大像素陣列(未展示)之像素單元305及用於像素單元305之操作之多種跡線之影像感測器300之元件之一電路圖。舉例而言，該像素陣列可包括像素陣列204之特徵之一些或全部。雖然像素單元305可經配置以將一輸出提供至讀出位元線BL 362，但某些實施例在此方面不受限制。在一實施例中，繪示性像素單元305包括光敏元件PD 315、傳送電晶體310、重設電晶體 320、源極隨耦器電晶體340及選擇電晶體350。然而，根據不同實施例，像素單元305可包括多個替代像素單元架構之任一者，其中某一源極隨耦器電晶體將提供一放大信號以判定像素單元之一輸出信號係基於哪一者。

在像素單元305之操作期間，傳送電晶體310可接收一傳送信號TX 390，其將累積在PD 315中之電荷傳送至浮動擴散節點FD 330。重設電晶體320可耦合在重設電力供應器RVDD 394與FD 330之間以在重設信號RST 392之控制下重設該像素(例如，使FD 330及/或PD 315放電或充電至一預設電壓)。FD 330亦可經耦合以控制源極隨耦器電晶體340之閘極。源極隨耦器電晶體340可耦合在源極隨耦器電力跡線SVDD 360與選擇電晶體350之間。源極隨耦器電晶體340可作為一源極隨耦器操作而提供至FD 330之一高阻抗連接。

在一實施例中，源極隨耦器電晶體340提供由選擇電晶體350接收之一放大信號。選擇電晶體350可在選擇信號SEL 396之控制下選擇性地接收該放大信號且將像素單元305之一輸出提供至BL 362。在一替代實施例中，一像素單元並不包括任何選擇電晶體，例如其中來自一源極隨耦器電晶體(諸如電晶體340)之放大信號被直接提供至一讀出位元線。在此一替代實施例中，該放大信號本身可為像素單元之類比輸出信號。

可藉由暫時確立重設信號RST 392及傳送信號TX 390而重設PD 315及FD 330。藉由撤銷確立傳送信號TX 390且允許入射光對PD 315充電，可開始一影像累積視窗(曝光週期)。隨著光生電子在PD 315上累積，其電壓可降低。PD 315上之電壓或電荷可指示曝光週期期間入射在PD 315上之光之強度。在曝光週期結束時，可撤銷確立重設信號RST 392以隔離FD 330且可確立傳送信號TX 390以允許PD 315與FD 330之間之一電荷交換，且因此允許PD 315與源極隨耦器電晶體340之閘極之間之一電荷交換。電荷傳送引起FD 330之電壓改變，其改變量與曝光週期期間PD 315上累積之光生電子成比例。此第二電壓使源極隨耦器電晶體340偏壓，此結合選擇信號SEL 396被確立，可將一信號自選擇電晶體350驅動至BL 362。接著可將資料作為一類比輸出信號自像素單元305讀出至位元線BL 362上。

為了減小像素讀出信號雜訊，某些實施例各自不同地提供影像感測器300中之元件之一配置以增加BL 362與一個或多個其他跡線之間之寄生電容。藉由繪示而非限制之方式，影像感測器300可包括第一跡線T1 364，其某一片段將至少在BL 362自像素單元305接收一輸出信號期間之一整個時間週期內維持在一特定電壓位準處。在某些實施例中T1 364可為一「虛設跡線」，例如其中T1 364並不直接對影像感測器300之任何像素單元供電或以其他方式將其啟動。在一實施例中，舉例而言，T1 364經耦合至一接地電壓。在另一實施例中，T1 364經耦合至一電力供應器(例如，SVDD 360或RVDD 394)，其中當自像素單元305提供一輸出信號時此一電力供應器之一電壓位準將維持不變。舉例而言，T1 364可在沒有任何控制機制明確地發信號(例如，至少在自像素單元305讀取一輸出信號期間)通知T1 364之電壓將改變之情況下維持在特定電壓位準處。

圖3之繪示性實施例展示影像感測器300之一區域中之T1 364之一第一片段及BL 362之一第二片段，在該區域中沒有其他跡線位於T1 364與BL 362之間。因此，可以說T1 364與BL 362彼此相鄰，例如，至少歸因於展示在影像感測器300之經繪示區域中之配置。T1 364之此一第一片段可平行於BL 362之第二片段延伸。繼而，BL 362之該相同第二片段可與SVDD 360之經繪示之第三片段相鄰且與其平行而延伸，SVDD 360之該經繪示之第三片段與BL 362之該第二片段相鄰。

SVDD 360、BL 362及T1 364之繪示性片段並未按比例展示，且至少可根據其各自寬度及/或其彼此間之多種間隔而在不同實施例中變化。在一實施例中，圖3中展示之SVDD 360、BL 362及T1 364之片段沿著一像素陣列之一個方向(例如，逐行)延伸，該像素陣列經組態以同時沿著另一方向(例如，逐列)提供來自像素之各自輸出信號。TX 390、RST 392、RVDD 394之一些或全部可垂直於SVDD 360、BL 362及T1 364延伸，然而某些實施例在此方面不受限制。

用於增加BL 362之寄生電容之元件之配置可包括：以上描述之第一片段、第二片段及第三片段之每一者實質上位於第一片段、第二片段及第三片段之一各自相鄰另一者之一最大距離內。在一個實施例中，一最大距離可為與影像感測器電路之一些或全部尺寸無關之一值。藉由繪示而非限制之方式，對於該第一片段、該第二片段及該第三片段之每一者，正被討論之片段可實質上位於該第一片段、該第二片段及該第三片段之各自相鄰另一者之0.2微米內。舉例而言，SVDD 360及BL 362之各自片段之間之一最小距離380可實質上不大於0.2微米，且BL 362及T1 364之各自片段之間之一最小距離385可實質上不大於0.2微米。如本文所提及，「實質上位於一最大距離內」意指距離之變化達到±10%之可能性，例如對於一0.2微米之最大距離為±0.02微米。

在一個實施例中，一最大距離可為基於影像感測器300之一個或多個尺寸之一相對值。藉由繪示而非限制之方式，T1 364之第一片段與BL 362之第二片段之間之最小距離385可實質上等於該第一片段之寬度376。在此背景內容中，「寬度」意指沿著一跡線之一片段與某一其他跡線之間之最小間隔之一線所測得之該跡線之一尺寸。替代地或額外地，BL 362之第二片段與SVDD 360之第三片段之間之最小距離380可實質上等於該第三片段之一寬度372。在一實施例中，距離380、385彼此實質上相等，例如其中寬度372、376彼此實質上相等。額外地或替代地，寬度372、374及376可全部彼此實質上相等，然而某些實施例在此方面不受限制。因此，在某些實施例中，T1 364之第一片段與BL 362之第二片段之間之最小間隔385實質上等於T1 364之第一片段之寬度376、BL 362之第二片段與SVDD 360之第三片段之間之最小間隔380以及SVDD 360之第三片段之寬度372之每一者。在一些實施例中，間隔380、385及寬度372、374、376之一者或每一者實質上等於BL 362之第二片段之寬度374。至於一特定跡線之一寬度(或兩個特定跡線之間之一距離)，如本文所使用之片語「實質上等於」意指此寬度(或距離)之變化達到±10%的一可能性。

圖4係繪示根據一個實施例之一背照式(BSI)影像感測器400之元件之一混合橫截面圖/電路圖。舉例而言，其他實施例可各自不同地對於一前照式(FSI)影像感測器而實施。為了繪示多種實施例之特徵，圖4展示一像素單元之電路元件之一配置之一實例及具有多種信號線以將各自信號提供給至少該像素單元之金屬堆疊440兩者。舉例而言，影像感測器400可為影像感測器202之一個可行實施方案。影像感測器400可包括影像感測器300之特徵之一些或全部，然而某些實施例在此方面不受限制。

影像感測器400可包括半導體材料之基板405，在基板405中已形成像素單元之光電二極體區域PD 420，其中PD 420將回應於入射在PD 420上之光而累積電荷。PD 420可經由穿過基板405之背側412之一路徑接收此光，例如其中該光亦穿過影像感測器400之微透鏡415及/或彩色濾光器410。鈍化或釘扎層422可安置在基板405中位於PD 420上，然而某些實施例在此方面不受限制。PD 420、微透鏡415及彩色濾光器410之一者或多者之形成可根據多種已知製造技術之任一者進行。

影像感測器400可進一步包括各自不同地形成於基板405內或基板405上之像素單元之一個或多個其他元件。藉由繪示而非限制之方式，基板405可具有浮動擴散節點FD 450，例如安置在基板405內之擴散阱445中。在一實施例中，在影像感測器400之操作中FD 450之功能性對應於FD 330之功能性。在一實施例中，可在基板405內形成一個或多個淺溝槽隔離(「STI」)以各自不同地將該像素單元之某些元件彼此隔離及/或與任何鄰近像素隔離(未繪示)。

在一個實施例中，基板405用P型摻雜劑進行摻雜。在此情形下，基板405及在其上生長之磊晶層可被稱為P基板。在一P型基板之實施例中，擴散阱445為一P+阱植入物而PD 420及FD 450經N型摻雜。相較於擴散阱445之摻雜，FD 450可用一傳導性相反之類型之摻雜劑進行摻雜，以在擴散阱445內產生p-n接面，藉此電隔離浮動擴散450。在其中基板405及其上之磊晶層為N型之一實施例中，擴散阱445可經N型摻雜，而PD 420及FD 450具有一相反的P型傳導性。

基板可包括安置在介於PD 420與FD 450之間之基板405之一部分上之傳送電晶體TX 460，例如，其中在像素單元之操作中TX 460之功能性對應於傳送電晶體310之功能性。舉例而言，TX 460之一閘極可耦合至一傳送信號線以選擇性地將電荷自PD 420傳送至FD 450。此一傳送信號線之一個實例由金屬堆疊440之金屬層M1 470中之跡線472a表示。

圖4中展示之像素單元可包括用於與PD 420、TX 460及FD 450之一些或全部一起操作之一個或多個其他像素元件。為了避免使多種元件之某些特徵模糊，一些元件展示為駐留在位於基板405與金屬堆疊440之間之電路區域435中。以與光電二極體區域420及/或安置在基板405中之其他元件重疊之一組態形成此等電路元件可(例如)改良寶貴的晶粒面積之有效利用。然而，在一替代實施例中，展示於電路區域435中之電路元件之一些或全部可各自不同地形成於基板405中或直接形成於基板405上，例如，其中金屬堆疊440直接與基板405接觸及/或與直接安置在基板405上之電路元件接觸。

在一實施例中，像素單元包括耦合在FD 450與一重設電力線之間之重設電晶體RST 462。此一重設電力線之一個實例由金屬堆疊440之金屬層M3 476中之跡線475表示。在影像感測器400之操作中RST 462之功能性可(例如)對應於重設電晶體320之功能性。舉例而言，RST 462之一閘極可耦合至提供一信號以選擇性地重設FD 450之一電壓之一重設信號線。此一重設信號線之一個實例由金屬層M1 470中之跡線472b表示。

在一實施例中，該像素單元包括耦合在一源極隨耦器電力線與一位元線之間以接收該像素單元之一輸出信號之源極隨耦器電晶體SF 464。此一源極隨耦器電力線之一個實例由金屬堆疊440之金屬層M2 474中之跡線478表示。此一位元線之一個實例由金屬層M2 474中之跡線480表示。在影像感測器400之操作中SF 464之功能性可(例如)對應於電晶體340之功能性。舉例而言，SF 464之一閘極可耦合至FD 450以用於SF 464提供一放大信號之操作。

在一個實施例中，該像素單元包括列選擇(或替代地，行選擇)電晶體SEL 490(其在圖4中展示為倒轉定向)，其中SF 464經由SEL 490耦合至位元線跡線480。在此一實施例中，SEL 490可在一選擇信號之控制下選擇性地將該像素單元之一輸出信號提供至位元線跡線480，該輸出信號係基於來自SF 464之放大信號。用於此一選擇信號之一線之一個實例由金屬層M3 476中之跡線495表示。在一替代實施例中，該像素單元不包括諸如SEL 490之一選擇電晶體，例如，其中SF 464經耦合以將一放大信號作為該像素單元之一輸出類比信號直接提供至位元線480。

出於繪示某些實施例之特徵的目的，展示於影像感測器400中用於像素單元之操作的傳送信號線、重設信號線、重設電力線、源極隨耦器電力線及位元線分別由跡線472a、472b、475、478及480表示。此外，跡線472a、472b及475展示為在金屬堆疊440中以一個方向(例如以一列方向)延伸，而跡線478、480在橫截面圖中展示為在金屬堆疊440中以一垂直方向延伸。然而，多種各自金屬層及跡線472a、472b、475、478及480的多種各自方向僅繪示一個實施例。舉例而言，就一給定信號線之特定金屬層、一給定信號線在一特定金屬層內延伸之方向及/或一給定信號線是否與某一其他信號線共用一金屬層而言，某些實施例可依據本文所論述之多種特徵而改變。藉由繪示而非限制之方式，在另一實施例中，圖3中展示之跡線478、480、482之片段可在一金屬堆疊之不同的各自金屬層中，例如，其中此等片段在鄰近金屬層上彼此對準。

為了減小像素讀出信號雜訊，某些實施例各自不同地提供元件之一配置以增加位元線跡線480與一個或多個與位元線跡線480相鄰之跡線之間之寄生電容。藉由繪示而非限制之方式，影像感測器400可進一步包括一第一跡線482，該第一跡線482之某一第一片段將至少在位元線跡線480自該像素單元接收一輸出信號期間之一整個時間週期內維持在一特定電壓位準處。跡線482之此一第一片段可與位元線跡線480之一第二片段相鄰且與其平行而延伸。繼而，位元線跡線480之相同第二片段可與源極隨耦器電力跡線478之某一第三片段相鄰且與其平行而延伸。

用於增加位元線跡線480之寄生電容之元件之配置可包括：以上論述之第一片段、第二片段及第三片段之每一者實質上位於第一片段、第二片段及第三片段之一各自相鄰另一者之一最大距離內。在一個實施例中，對於該第一片段、該第二片段及該第三片段之每一者，正被討論之片段可實質上位於該第一片段、該第二片段及該第三片段之一各自相鄰另一者之0.2微米內。舉例而言，源極隨耦器電力跡線478與位元線跡線480之各自片段之間之一最小距離d1可實質上不大於0.2微米，且位元線跡線480與第一跡線482之各自片段之間之一最小距離d2可實質上不大於0.2微米。

在一個實施例中，一最大距離可為基於影像感測器之一個或多個尺寸之一相對值。藉由繪示而非限制之方式，第一跡線482之第一片段與位元線跡線480之第二片段之間之最小距離d2可實質上等於該第一片段之一寬度w3。替代地或額外地，位元線跡線480之第二片段與源極隨耦器電力跡線478之第三片段之間之最小距離d1可實質上等於該第三片段之一寬度w1。在一實施例中，距離d1、d2實質上彼此相等，例如，其中寬度w1、w3實質上彼此相等。額外地或替代地，寬度w1、w2及w3可全部實質上彼此相等，然而某些實施例在此方面不受限制。

圖5係展示根據一實施例之包括像素單元505及用於像素單元505之操作之多種跡線之影像感測器500之元件之一電路圖。在圖5中，像素單元505可(例如)經配置以將一輸出提供至讀出位元線BL 562。在一實施例中，繪示性像素單元505包括光敏元件PD 515、傳送電晶體510、重設電晶體520及源極隨耦器電晶體540。傳送信號TX 590可操作傳送電晶體510及/或重設信號RST 592可操作重設電晶體520，例如使得重設電晶體520傳導由重設電力供應器RVDD 594驅動之一信號。然而，根據不同實施例，像素單元505可包括多種替代像素單元架構之任一者，其中某一源極隨耦器電晶體耦合至一浮動擴散節點，該源極隨耦器電晶體將提供一放大信號以判定像素單元之一輸出。

像素單元505可(例如)表示像素單元305之架構上之一變化，其不包括任何列(或行)選擇電晶體以提供諸如選擇電晶體350之功能性的功能性。藉由繪示而非限制之方式，PD 515、傳送電晶體510、重設電晶體520、源極隨耦器電晶體540、TX 590、RST 592及RVDD 594之多種功能性可分別對應於PD 315、傳送電晶體310、重設電晶體320、源極隨耦器電晶體340、TX 390、RST 392及RVDD 394之多種功能性。然而，在像素陣列505中，來自電晶體540之一放大信號可作為像素單元505之類比輸出信號直接被提供至BL 562。

為了減小像素讀出信號雜訊，某些實施例各自不同地提供影像感測器500中之元件之一配置以增加BL 562與一個或多個其他跡線之間之寄生電容。藉由繪示而非限制之方式，影像感測器500可包括第一跡線T1 564，該第一跡線T1 564之某一片段將至少在BL 562自像素單元505接收一輸出信號期間之一整個時間週期內維持在一特定電壓位準處。舉例而言，在一實施例中，T1 564經耦合至一接地電壓。在另一實施例中，T1 564經耦合至一電力供應器(例如SVDD 560或RVDD 594)，其中當自像素單元505提供一輸出信號時，此一電力供應器之一電壓位準將維持恆定。

圖5之繪示性實施例展示影像感測器500之一區域中之T1 564之一第一片段及BL 562之一第二片段，在該區域中沒有其他跡線位於T1 564與BL 562之間。因此，可以說T1 564及BL 562彼此相鄰，例如，至少歸因於展示在影像感測器500之經繪示區域中之配置。T1 564之此一第一片段可平行於BL 562之第二片段延伸。繼而，BL 562之該相同第二片段可與SVDD 560之某一第三片段相鄰且與其平行而延伸，SVDD 560之該第三片段與BL 562之第二片段相鄰。SVDD 560、BL 562及T1 564並非按比例展示，且至少可根據其各自寬度及/或其彼此間之多種間隔而變化。

用於增加BL 562之寄生電容之元件之配置可包括：以上描述之第一片段、第二片段及第三片段之每一者實質上位於第一片段、第二片段及第三片段之一各自相鄰另一者之一最大距離內。在一個實施例中，一最大距離可為一絕對值。藉由繪示而非限制之方式，對於該第一片段、該第二片段及該第三片段之每一者，正被討論之片段可實質上位於該第一片段、該第二片段及該第三片段之一各自相鄰另一者之0.2微米內。舉例而言，SVDD 560與BL 562之各自片段之間之一最小距離580可實質上不大於0.2微米，且BL 562與T1 564之各自片段之間之一最小距離585可實質上不大於0.2微米。

在一個實施例中，一最大近接度可為基於影像感測器500之一個或多個尺寸之一相對值。藉由繪示而非限制之方式，T1 564之第一片段與BL 562之第二片段之間之最小距離585可實質上等於該第一片段之一寬度576。替代地或額外地，BL 562之第二片段與SVDD 560之第三片段之間之最小距離580可實質上等於該第三片段之寬度572。在一實施例中，距離580、585實質上彼此相等，例如，其中寬度572、576實質上彼此相等。額外地或替代地，寬度572、574及576可全部實質上彼此相等，然而某些實施例在此方面不受限制。舉例而言，圖5中展示之跡線572、574及576之片段可在一單一共同金屬層中彼此對準。在一替代實施例中，圖5中展示之跡線572、574及576之片段可在一金屬堆疊之不同的各自金屬層中，例如其中此等片段在鄰近金屬層上彼此對準。

圖6係繪示根據一實施例之用於操作一像素單元之程序600之要素之一流程圖。舉例而言，程序600可實施像素單元305之操作。在一實施例中，可對像素陣列204中之多個各自像素循序或同時執行程序600，例如取決於是否使用一滾動快門或全域快門。程序區塊之一些或全部在程序600中出現之順序不應視為具限制性。確切言之，受益於本發明之一般技術者將理解程序區塊之一些可以未繪示之多種順序執行。

在一程序區塊610中，可重設一光電二極體(例如，光電二極體區域PD 315)。重設可包括使光電二極體放電或充電至一預定電壓電位。可藉由確立一重設信號與一傳送信號兩者而達成此重設，例如重設信號RST用於啟用重設電晶體320且傳送信號TX用於啟用傳送電晶體310。啟用該像素單元之一重設電晶體及傳送電晶體可使該像素單元之該光電二極體及一浮動擴散節點電耦合至一重設電力線，例如電力軌RVDD。

在重設該光電二極體之後，可在程序區塊620處開始由光電二極體進行之影像獲取。舉例而言，可撤銷確立該重設信號及/或該傳送信號以電隔離該光電二極體以在其中累積電荷。在一實施例中，入射在像素單元上之光可由一微透鏡聚焦及/或穿過一彩色濾光器層至該光電二極體區域上。此一彩色濾光器可操作以將該入射光過濾為分色(例如，使用拜耳(Bayer)濾光器馬賽克或彩色濾光器陣列)。入射光子可引起電荷累積在該光電二極體內。

一旦影像獲取視窗已屆滿，在程序區塊630處，累積在光電二極體內之電荷可被傳送至浮動擴散節點，例如藉由對該傳送電晶體之閘極確立一傳送信號。在一全域快門之情形中，可在程序區塊620期間對像素陣列204內之全部像素同時確立全域快門信號作為傳送信號。此可引起由每一像素累積之各自影像資料全域傳送至像素之對應浮動擴散(例如FD 330)內。

一旦影像資料經傳送，可撤銷確立傳送信號以將該浮動擴散節點與該光電二極體隔離，以備在程序區塊640處自該像素單元讀出影像資料。在一實施例中，在區塊640處之讀出可包括該浮動擴散節點啟動耦合至其之一源極隨耦器電晶體(例如電晶體340)之一電壓。在多種實施例中，可經由行線在每一列基礎上、經由列線在每一行基礎上、在每一像素基礎上或藉由其他邏輯分組而進行讀出。在一實施例中，一旦已經讀出全部像素之影像資料，程序600可返回至程序區塊 610以為下一個影像做準備。

本文描述用於影像感測之技術及架構。在以上描述中，出於解釋之目的而闡述許多特定細節以便提供對某些實施例之一透徹理解。然而，對熟悉此項技術者將明白可在沒有此等特定細節之情況下實踐某些實施例。在其他例項中，以方塊圖形式展示結構及裝置以避免使描述變得模糊。

在說明書中參考「一個實施例」或「一實施例」意指結合該實施例描述之一特定特徵、結構或特性被包括在本發明之至少一個實施例中。在說明書中多處出現片語「在一個實施例中」不必都指同一實施例。

根據對一電腦記憶體內之資料位元之操作之演算法及符號表示而呈現本文中之詳細描述之一些部分。此等演算法描述及表示係熟悉計算領域之技術人員用於最有效地將他們之工作實質傳達給其他熟悉此項技術者之手段。此處一般將演算法認為是導致一所需結果之一自我一致之步驟序列。該等步驟為需要對物理量進行物理操縱之步驟。通常(雖然並不必要)此等物理量呈能夠被儲存、傳送、組合、比較及以其他方式進行操縱之電或磁信號之形式。已證明有時(主要為了一般慣用之原因)將此等信號稱為位元、值、要素、符號、字元、項、數字或類似者係方便的。

然而，應注意，所有此等及類似術語將與適當物理量相關聯且僅為應用於此等量之方便標籤。除非以自本文之討論顯而易見之其他方式明確陳述，否則應瞭解，在整個描述中，利用術語諸如「處理」或「計算」或「估算」或「判定」或「顯示」或類似術語之論述意指一電腦系統或類似電子計算裝置之動作及程序，其操縱表示為電腦系統之暫存器及記憶體內之物理(電子)量之資料且將其變換成類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其他此類資訊儲存、傳輸或顯示裝置內之物理量之其他資料。

某些實施例亦係關於用於執行本文中之操作之設備。此設備可出於所需目的而經特定構建，或其可包含藉由儲存在該電腦中之一電腦程式選擇性地啟動或重新組態之一通用電腦。此一電腦程式可儲存在一電腦可讀儲存媒體中，諸如但不限於任何類型之磁碟(包括軟碟、光碟、CD-ROM及磁光碟)、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)(諸如動態RAM(DRAM)、EPROM、EEPROM)、磁卡或光學卡或適於儲存電子指令且耦合至一電腦系統匯流排之任何類型之媒體。

本文中提出之演算法及顯示器並不固有地與任何特定電腦或其他設備相關。多種通用系統可與根據本文中之教示之程式一起使用，或可證明構建更多專用設備以執行所要方法步驟是方便的。將自本文中之描述明白多種此等系統之所要結構。此外，未參考任何特定程式化語言來描述某些實施例。應理解，多種程式化語言可用於實施如本文中描述之此等實施例之教示。

除了本文所描述的內容之外，可在不脫離本發明之範圍之情況下對所揭示之本發明之實施例及實施方案做出各種修改。因此，應以繪示性而非限制意義理解本文中之說明及實例。應僅參考所附申請專利範圍來度量本發明之範圍。