具有兩個傳輸柵極截止電壓線的圖像傳感器的制作方法

專利名稱：具有兩個傳輸柵極截止電壓線的圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發明大致上涉及圖像傳感器，特別但非排它地涉及用于圖像傳感器的讀出電路及讀出方法。
背景技術：
圖像傳感器是普遍的。圖像傳感器廣泛地用于數字相機、數字攝影機、相機電話、 圖像電話、安全攝影機、醫學成像裝置、光學滑鼠、玩具、計算機多媒體裝置、掃描器、自動圖像傳感器以及其他類型的電子圖像擷取裝置中。一般期望圖像傳感器產生如實呈現人物、地點、物體或其他場景等所擷取圖像的圖像。在大部分條件下，這些圖像的確如實呈現該場景。然而，在極端條件下，諸如當在暗背景下成像明亮區域時，在這些圖像中可能出現被稱為條帶(banding)的圖像假影。該條帶一般是不合需要的。減小這些圖像中的條帶總量將提供某些優點。


通過參照以下描述和附圖可最好地理解本發明，以下描述和附圖用于說明本發明的實施例。在附圖中圖1是圖像傳感器系統的方塊圖。圖2是繪示像素陣列或圖像傳感器中的兩個四晶體管GT)像素的像素電路的例示性實施例的電路圖。圖3是繪示像素的例示性實施例及像素陣列或圖像傳感器的取樣及保持電路的例示性實施例的電路圖。圖4概念地繪示圖像中的水平或行條帶假影的示例。圖5是具有第一傳輸柵極關閉電壓供應導體及第二傳輸柵極關閉電壓供應導體的圖像傳感器的例示性實施例的方塊圖。圖6是針對第一傳輸柵極關閉電壓供應導體及第二傳輸柵極關閉電壓供應導體產生不同傳輸柵極關閉電壓的電壓產生器的例示性實施例的方塊圖。圖7是將第一傳輸柵極關閉電壓供應導體及第二傳輸柵極關閉電壓供應導體與像素陣列的像素的第一子組及第二子組的傳輸柵極耦合的方法的實施例的方塊流程圖。圖8是將第一傳輸柵極關閉電壓及第二傳輸柵極關閉電壓施加于像素陣列的像素的第一子組及第二子組的傳輸柵極的方法的實施例的方塊流程圖。
具體實施例方式在下列描述中，陳述大量特定細節，諸如例如特定電路、電壓、操作順序。然而，應理解的是，本發明的實施例可在并無這些特定細節的情況下執行。在其他實例中，并未詳細顯示公知電路、結構及技術以免使本發明變得不清楚。圖1是圖像傳感器系統100的實施例的方塊圖。該圖像傳感器系統的所繪示的實施例包括像素陣列102、讀出電路104、功能邏輯106及控制電路108。該像素陣列102或圖像傳感器陣列包括二維像素陣列(例如，像素P1、P2、 P3...Pn)。如繪示，該圖像傳感器陣列的這些像素被配置成諸行(例如，諸行Rl至Ry)及諸列(例如，諸列Cl至Cx)中。通常存在大量行及大量列。在圖像擷取期間，這些像素中的每一個可擷取圖像數據數據(例如，圖像電荷)。在一個實施例中，每一像素是互補金屬氧化物半導體(CMOS)像素。該圖像傳感器陣列可被實施為前側照亮圖像傳感器陣列或后側照亮圖像傳感器陣列。在期望彩色圖像的一個實施例中，該圖像傳感器陣列可包括彩色濾色器圖案(諸如貝爾(Bayer)圖案或紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)加色濾色器的鑲嵌 (例如，RGB、RGBG或GRGB))、青色(C)、紫紅色(M)、黃色⑴及鍵⑷(例如，黑色)減色濾色器(例如，CMYK)的彩色濾色器圖案、兩者的組合或另一類型的彩色濾色器圖案。該圖像傳感器陣列可用以擷取圖像數據(例如，人、地點或物體的圖像數據)，該圖像數據可接著用以呈現2D圖像(例如，該人、地點或物體的圖像)。在每一像素已擷取其圖像數據或圖像電荷之后，該圖像數據藉由該讀出電路104 讀出并被轉移至該功能邏輯106。在一個實施例中，該讀出電路可沿讀出列線110每次讀出一行圖像數據，或在另一實施例中，該讀出電路可使用另一方法(諸如列讀出、串行讀出或所有像素同時全部并行讀出)讀出該圖像數據。該讀出電路可包括放大電路、模數轉換 (ADC)電路、增益控制電路或其他電路。在一個方面中，該功能邏輯可僅儲存該圖像數據， 或在另一方面中，該功能邏輯可操縱該圖像數據。本領域中已知操縱該圖像數據的各種方式。幾個代表性實例包括應用一或多個后圖像效應(諸如例如剪裁、旋轉、去除紅眼、調整亮度、調整對比度等)。該功能邏輯可以硬件(例如，電路)、軟件、固件或其組合實施。該控制電路108耦合至該像素陣列以控制該像素陣列的操作特性。舉例而言，該控制電路可產生用于控制圖像擷取的快門信號。在一個實施例中，該快門信號是全局快門信號，其使該圖像傳感器陣列中的所有像素在單一擷取窗或曝露周期期間同時擷取它們各自的圖像數據。替代性地，該快門信號可為滾動快門信號，其中使像素的各行、各列或其他群組在連續擷取窗期間循序擷取其各自的圖像數據。在一個實施例中，該圖像傳感器陣列、該讀出電路、該控制電路及至少一些該功能邏輯可單片整合于單一管芯或基板上。替代性地，此電路或此邏輯的一些相對于該圖像傳感器陣列可能不在同一管芯上(off-die)(例如，該功能邏輯的至少一些和/或該控制電路的至少一些可能與該圖像傳感器陣列不在相同的管芯上)。在一個或多個實施例中，該圖像傳感器系統可被包括于數字相機、數字攝影機、相機電話、圖像電話、安全攝影機、醫學成像裝置、光學鼠標、玩具、計算機多媒體裝置、掃描器、自動圖像傳感器或其他電子圖像擷取裝置中。該電子圖像擷取裝置亦可包括其他組件 (諸如例如發出光的光源、經光耦合以將光聚焦于該像素陣列上的一個或多個透鏡、經光耦合以容許光經過該一個或多個透鏡的快門、處理圖像數據的處理器及儲存圖像數據的存儲器)O圖2是繪示像素陣列或圖像傳感器陣列中的兩個四晶體管GT)像素1 及1 (統稱為像素21 的像素電路的例示性實施例的電路圖。該像素電路僅是適合的像素電路的一個示例，且本發明的范疇并不限于此特定像素電路。針對其他4T像素的其他像素電路以及針對具有傳輸柵極以及多于或少于四個晶體管、包括其中兩個或兩個以上像素共用一個或多個晶體管的像素的像素的其他像素電路亦是適合的。可在圖1的該像素陣列102或完全不同的像素陣列中實施該像素電路。該像素1 及該像素1 被配置于兩行及一列中且分時共用讀出列線210。該讀出列線有時候稱為位線。這些像素中的每一個包括光敏元件PE(例如，光電二極管)、傳輸晶體管Tl、重設晶體管T2、源極跟隨器或放大器(AMP)晶體管T3、行選擇晶體管T4及浮動擴散節點FD。該浮動擴散節點FD可代表接收并保持電荷的電路節點。在例示性操作模式中，該重設晶體管T2可在施加于該重設晶體管T2的重設信號 RST的控制下重設該像素(例如，使該浮動擴散節點FD及該光敏元件PE放電或充電至預設電壓)。該重設晶體管T2耦合于供應電壓VDD(例如，供電干線)與該浮動擴散節點FD 之間。該光敏元件PE及該浮動擴散節點FD可通過臨時向該重設晶體管T2確立重設信號 RST及向該轉移晶體管Tl的傳輸柵極確立傳輸信號TX而被重設至該供應電壓VDD。該重設晶體管T2及該轉移晶體管Tl可各自代表可控開關。這些晶體管或開關可處于其導電或打開的導通狀態(即“導通(on)”)或處于其不導電或關閉的截止狀態(即 “截止(off)”)。這些晶體管或開關可基于施加于這些晶體管(例如，這些晶體管的柵極) 的電壓或其他電信號或控制信號而控制為「導通」或「截止」。舉例而言，該傳輸信號TX的確立可包括施加給定電壓或信號至該傳輸晶體管Tl的傳輸柵極，該給定電壓或信號可操作以將該轉移晶體管Tl置于「導通」狀態。可能存在對該轉移晶體管Tl的傳輸柵極提供該電壓的線或導線(此繪示中并未顯示)。圖像積累窗或曝露周期可藉由撤銷該傳輸信號TX及允許入射光曝露于該光電二極管或其他光敏元件PE而開始。該傳輸信號TX的撤銷可包括施加不同電壓或其他電信號至該傳輸晶體管Tl的傳輸柵極，該不同電壓或其他電信號經操作以將該傳輸晶體管Tl置于「截止」狀態。此可被稱為傳輸柵極截止狀態電壓或信號。該光敏元件PE響應于施加至該光敏元件PE或藉由該光敏元件PE接收的光而經操作以產生一電荷。舉例而言，該光敏元件PE上的入射光可產生稱為光生電子的電子。隨著光生電子在該光敏元件PE上積累， 其電壓可降低，這是因為電子是負電荷載流子。該光敏元件PE上累積的電壓或電荷總量可指示曝露周期期間該光敏元件PE上的入射光總量/強度，且可代表圖像數據。在該曝露周期結束時，該重設信號RST可被撤銷以使該浮動擴散節點FD絕緣。在該傳輸晶體管Tl的傳輸柵極上可再次確立該傳輸信號TX以使該傳輸晶體管Tl或開關處于「導通」狀態以將該光敏元件PE上累積的電荷轉移至該浮動擴散節點FD。該電荷轉移可導致該浮動擴散節點FD的電壓從該供應電壓VDD降低至指示該圖像數據(例如，該曝露周期期間內該光敏元件PE上累積的光生電子)的第二電壓。該浮動擴散節點FD經耦合以控制該AMP晶體管T3的柵極端子。此第二電壓可偏壓該AMP晶體管T3。AMP晶體管T3作為對該浮動擴散FD提供高阻抗連接的源極跟隨器晶體管。該AMP晶體管T3耦合在該供應電壓VDD與該行選擇晶體管T4的間。該AMP晶體管T3具有耦合至浮動電路節點FD的柵極端子及耦合至列讀出線或位線的通道端子。當在該行選擇晶體管T4上確立該行選擇信號RS時，該AMP晶體管T3耦合至該讀出列線。當該行選擇信號RS施加于該行選擇晶體管T4時，該行選擇晶體管T4選擇性地將該像素的輸出耦合至該讀出列線。為繪示的目的，已顯示并描述針對4T像素的電路的特定示例。不同的4T像素以CN 102469278 A說明書4/11 頁
及具有傳輸柵極及少于或多于四個像素、包括其中兩個或兩個以上像素共用一個或多個晶體管的像素的像素亦是適合的。此外，在一個或多個實施例中，重設晶體管、源極跟隨器晶體管及行選擇晶體管中的一個或多個可由兩個或兩個以上像素共用。圖3是繪示像素P的例示性實施例及像素陣列或圖像傳感器的取樣及保持電路 314的例示性實施例的電路圖。在一個實施例中，該像素P及該取樣及保持電路314可在圖1的圖像傳感器系統或類似物中實施。替代性地，該像素P及該取樣及保持電路314可在完全不同的圖像傳感器系統中實施。所繪示的像素P類似于圖2的像素1 及1 ，且將不會被進一步詳細地討論。如前述，其他像素電路(例如，具有其他數量晶體管的像素電路)亦適合于該像素P。該像素P 是與讀出列線310耦合。類似地，該像素陣列的列中的其他像素可與該讀出列線耦合。該取樣及保持電路314操作以取樣并保持藉由像素擷取的圖像數據。在每一像素內，使用該行選擇晶體管T4以在該行選擇信號RS的控制下在給定時刻選擇該像素陣列中的一行以將圖像信號傳輸至該取樣及保持電路314中。取樣及保持電路的所繪示的實施例包括第一保持晶體管T5、參考電容器Cref、第一選擇晶體管T6、第二保持晶體管T7、信號電容器Csig及第二選擇晶體管T8。在一個實施例中，取樣及保持電路由耦合至該列讀出線的像素而分時共用。可從該像素P擷取黑階參考信號。該黑階參考信號可用作偏移值以消除熱噪聲或其他電路噪聲。通過向第一保持晶體管T5確立HDBLK信號以利用參考電容器Cref取樣從該列讀出線上的像素P輸出的該黑階參考信號。經取樣的黑階參考信號可隨后在施加于該第一選擇晶體管T6的第一選擇信號SELl的控制下透過該第一選擇晶體管T6從該取樣及保持電路輸出。亦可從該像素擷取圖像信號。類似地，可通過向該第二保持晶體管T7確立HDSIG 信號以利用信號電容器Csig取樣從該列讀出線上的像素P輸出的該圖像信號來擷取該圖像信號。經取樣的圖像信號可隨后在施加于該第二選擇晶體管T8的第二選擇信號SEL2的控制下透過該第二選擇晶體管T8從該取樣及保持電路輸出。圖4概念地繪示圖像420中的水平或行條帶假影422的示例。該水平或行條帶假影可在某些條件下或在某些環境中(諸如當相對于暗背景擷取包括明亮窗或其他區域的圖像時)發生于攝影機或其他圖像擷取裝置中。為如實呈現被成像物，該圖像420應于該圖像中的右邊及中心處包括明亮區域或窗424，而相對于應當是暗背景426的其它地方。 然而，在實際圖像中，該水平或行條帶假影422存在于對應于該明亮區域或窗4M范圍的諸行處的圖像中的左邊及中心處。該水平或行條帶代表包括該明亮窗的諸行處的假影明亮區域。該水平或行條帶區域422應為暗狀態而并非明亮。在相對于暗背景對非常亮的窗口或區域成像時，該水平或行條帶假影趨向更顯著且在具有大量像素的陣列中趨向更顯著。此水平或行條帶一般是不希望有的。并未希望受限于理論，目前據信促成水平或行條帶的一個因素是提供至傳輸柵極的傳輸柵極截止狀態電壓值的非所期擾動或變更。這些傳輸柵極截止狀態電壓的擾動或變更至少部分歸因于寄生電容。該寄生電容通常包括不可避免且一般不需要的電容，該電容存在于被不導電或絕緣材料分開的緊密隔開的導體之間，由于這些導體彼此靠近而引起。這些截止狀態電壓通常使用單一線或導線提供至傳輸柵極。此單一線路或導線將被稱為單一傳輸柵極截止電壓供應線或導線。在圖像信號讀出期間，讀出列線或位線上的電壓可歸因于該圖像數據而改變。讀出列線上的電壓的改變或擺動對于具有明亮窗或明亮區域的圖像的諸行而言可能較大。由于讀出列線與各個像素的傳輸柵極的接近，讀出列線可與各個像素的傳輸柵極電容性耦合。在該圖像信號讀出的取樣/保持階段期間，所有像素的傳輸柵極可與該單一傳輸柵極截止電壓供應線耦合(即，該截止狀態電壓被施加于或耦合至傳輸柵極)。因此，讀出列線亦可在該圖像信號讀出期間與所有像素的傳輸柵極截止電壓供應線電容性耦合。舉例而言，在具有1千2百萬個像素的12百萬像素(MP)圖像傳感器的情況下，若每一像素處的耦合電容是(例如)0. 1毫微微法(fF)，則讀出列線與該傳輸柵極截止電壓供應線之間的總耦合電容可為1. 2奈法(nF)。若讀出列線上的電壓擺動是 1伏特(V)，則耦合至該單一傳輸柵極截止狀態電壓供應線的電荷將為大約1.2nF乘以IV。 讀出列線上的電壓擺動越大，通常經耦合的電荷量越大。可擾動或變更該傳輸柵極截止電壓供應線上所供應的電壓(例如，在該單一傳輸柵極電壓供應線上可能存在小的電壓變化)，且將該電壓設定/穩定至其初始值可花費大量時間(例如，在若干微秒的數量級上)。進一步而言，該傳輸柵極截止電壓供應線亦可透過傳輸柵極與所選擇的列像素的浮動擴散節點FD耦合。相比而言，在黑階參考信號的擷取期間(即，當沒有光被用于故意地曝露該像素陣列或用來故意地曝露該像素陣列的光較少時)，讀出列線上可能不存在電壓擺動或存在的電壓擺動至少顯著較少，這是由于這些像素累積電荷較少(例如，通常沒有光入射于該像素陣列上)。因此，讀出列線與傳輸柵極截止電壓供應線之間的電容耦合可能小得多。因此，該傳輸柵極截止電壓供應線上的傳輸柵極截止電壓可能不被擾動，或至少可顯著較少地被擾動(即，電壓若有任何變化也小得多)。 因此，該單一傳輸柵極截止電壓供應線上的傳輸柵極截止電壓可在圖像信號讀出期間變化，但在黑階參考信號讀出期間可能不變化(或至少較少變化)。該傳輸柵極截止電壓供應線上的傳輸柵極截止電壓亦可透過該等傳輸柵極與所選擇的行像素的該等浮動擴散節點耦合。當該單一傳輸柵極截止電壓供應線上的傳輸柵極截止電壓在圖像信號讀出及黑階參考信號讀出期間不同時，會產生、導致或至少促成列條帶。簡而言之，不同的行傳輸柵極截止電壓在讀出時序期間可能具有不同的電壓變化，這是由于不同的圖像信號強度的寄生耦合。若該傳輸柵極截止電壓不可能完全穩定或設定，則在極高增益下，差值尤其可使該圖像中產生圖像假影。如下文將進一步解釋，使用如本文所揭示的該兩個傳輸柵極截止電壓供應線可有助于顯著減小該傳輸柵極供應線上的電壓的變化，且對應地有助于減小圖像假影的程度。圖5是具有一第一傳輸柵極截止電壓供應導體530及第二傳輸柵極關閉電壓供應導體532的圖像傳感器500的實施例的方塊圖。在一個或多個實施例中，該圖像傳感器500 傳輸柵極截止電壓供應導體530、532可被包括在圖1的圖像傳感器中或類似物中或完全不同的圖像傳感器中。在一個或多個實施例中，該圖像傳感器500可為CMOS圖像傳感器。該圖像傳感器包括像素陣列502。該像素陣列是一個二維像素陣列，其中像素P 是配置成多行(行Rl至行Ry)與多列(列Cl至列Cx)中。通常存在大量行與列(例如， 在無限制的情況下可從1百萬像素至20百萬像素或更多，其中一百萬像素(megapixel)是一百萬個像素)。在一個或多個實施例中，這些像素可類似于圖2的像素1 和像素此。替代性地，可視需要使用完全不同的像素(諸如具有傳輸柵極及四個晶體管、多于四個晶體管或少于四個晶體管、包括其中兩個或兩個以上像素共用一或多個晶體管的像素)。每個像素包括光敏元件PE以提供光敏元件PE的陣列。在一個實施例中，光敏元件PE是光電二極管。替代性地，光敏元件的其他示例包括但不限于電荷耦合器件(CCD)、量子器件光偵測器、光電門、光晶體管及光導體。據信互補金屬氧化物半導體(CM0Q有源像素傳感器(APQ中所使用的光敏元件是特別適合的。像素的每一個包括傳輸晶體管TT以提供傳輸晶體管TT的陣列。傳輸晶體管的每一個具有傳輸柵極TG。這些傳輸晶體管可代表可控開關。這些傳輸晶體管或開關可處于 「導通」狀態或處于「截止」狀態。可基于施加于傳輸柵極的電壓或其他電信號或控制信號控制晶體管或開關處于該「導通」狀態或處于該「截止」狀態。舉例而言，可將傳輸柵極「導通」電壓施加于傳輸柵極以導致該傳輸晶體管處于「導通」狀態，以使電荷從該光敏元件PE 轉移至浮動擴散節點，或可將傳輸柵極「截止」電壓施加于該傳輸柵極以導致該傳輸晶體管處于「截止」狀態，以使該光敏元件PE與該浮動擴散節點斷開。再次參考圖5，該圖像傳感器亦包括該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532。該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體可各自包括一條或多條線、導線、導軌、互連、路徑、其他電壓供應結構或其組合形式的一種或多種金屬或其他導電材料。該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體可為完全獨立導體，或者該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體可共用導體的共用片段(例如，它們可以是源自共用或共用線、導線處的分支或分叉或其他導體)。該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體中的每一個可傳導或以其他方式供應傳輸柵極截止狀態電壓。該傳輸柵極截止狀態電壓可為對應于傳輸晶體管或傳輸柵極截止狀態的電壓和/或可為用于產生或導致傳輸晶體管或傳輸柵極截止狀態的電壓。該圖像傳感器亦包括電路534。該電路與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530 和該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532耦合。該電路經操作以將該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合至該陣列的像素的第一子組的傳輸柵極TG。該電路亦經操作以同時將該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532耦合至該陣列的像素的第二子組的傳輸柵極TG。如所示，在一個實施例中，該電路可包括多個個開關Si、Sj、Sy。適合于實施開關的各種不同類型的電路是適合的。開關的每一個可與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體 530及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532兩者耦合。開關的每一個亦與該陣列的像素的不同群組或子組的傳輸柵極耦合。在所繪示的例示性實施例中，為每一行像素提供一個開關。第一開關Sl與像素的第一行的傳輸柵極TG耦合；第j開關Sj是與像素的第j 行Rj的傳輸柵極TG耦合；第y開關Sy與像素的行Ry的傳輸柵極TG耦合。開關的每一個可用于將對應的行像素的傳輸柵極與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530或該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532可切換地耦合。在替代性實施例中，這些開關可與其他像素群組(例如，兩行或兩行以上像素)耦合。在所繪示的例示性實施例中，當前選擇了單個行(在此示例中是行Rj)以進行讀出。在一個實施例中，行計數器電路或控制器單元(未顯示)可在適當時間通過產生用于讀出的地址來選擇進行讀出的行Rj。該所選擇的行Rj的傳輸柵極與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合，而在所繪示的實施例中，所有其他像素行的傳輸柵極與該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532耦合。該開關Sj使由該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530 提供的該第一傳輸柵極截止電壓可切換地耦合至像素的該行Rj的傳輸柵極。在一個實施例中，無論何時未施加該傳輸柵極導通電壓和/或無論何時電荷從光電二極管傳輸至該行 Rj中的浮動擴散節點，該行Rj的傳輸柵極在該行Rj的讀出過程期間與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合。該開關Sl使由該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532提供的該第二傳輸柵極截止電壓同時可切換地耦合至像素的該行Rl的傳輸柵極。類似地，該開關 Sy使由該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532供應的該第二傳輸柵極截止電壓同時可開關地耦合至像素的該行Ry的傳輸柵極。雖然所繪示的例示性實施例顯示針對讀出而選擇的單一行，但本發明的范疇并不限于此。在一個或多個替代性實施例中，可針對同時讀出而選擇兩個、三個或更多個行。同時讀出有助于在一給定的時間量內讀出大量像素，且趨向對于具有大量像素的圖像傳感器有用。在一個實施例中，針對讀出而選擇的該多個行可與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合，然而該陣列的其他行可與該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532耦合。進一步而言，無需僅將針對讀出而選擇的那些行與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合。在一個實施例中，未被選擇進行讀出的其他行可選地和針對讀出而選擇的一行或多行一起與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合。在一個實施例中，包括針對讀出而選擇的該一行或多行的多行的子組(通常少于這些行的一半以實現行條帶的期望減小)可與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合，而多行的另一子組(例如，所有剩余的行)可與該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532耦合。雖然已描述使用讀出行的實施例及描述多行耦合至該第一傳輸柵極截止電壓供應導體或該第二傳輸柵極截止電壓供應導體的實施例，但是本發明的范圍并不限于此。使用讀出列是普遍的，但并非必需的。在各種其他實施例中，可選擇列的一部分用于讀出，可選擇一個或多個像素用于讀出，可選擇一列或多列用于讀出，可選擇一行或多行中的像素的塊或其它組用于讀出等等，而不是選擇多行用于讀出。在此等實施例中，包括所選擇的像素的像素的子組可與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530耦合，而并未包括所選擇的像素的像素的另一子組可與該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532耦合。此外，可能存在三個或三個以上傳輸柵極截止電壓供應導體，而并非僅存在兩個傳輸柵極截止電壓供應導體。有利的是，使用該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532兩者來代替單一導體可有助于減小行條帶。如前所提及，并未希望受限于理論，目前據信促成條帶的一個因素是至少部分歸因于寄生電容的提供至傳輸柵極的傳輸柵極截止狀態電壓值的不希望有的擾動或變更。當已提供該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體532時，藉由包括針對讀出而選擇的那些像素的像素子組耦合至該第一傳輸柵極截止電壓供應導體530的電荷量將顯著較少，且該第一傳輸柵極截止電壓的擾動或變化亦將顯著較少。舉例而言，在具有分成3百萬行及4百萬列的12百萬像素的12百萬像素圖像傳感器的情況下，若每一像素處的耦合電容是(例如)0. IfF且僅一行耦合至該第一傳輸柵極截止電壓供應導體，則至該第一傳輸柵極關閉電壓供應導體的總耦合電容可僅為大約0. 4皮法(pF)。若位線擺動是IV，則耦合至該第一傳輸柵極截止電壓供應導體的電荷將僅為0. 4pF乘以IV。該0. 4pF乘以IV的電荷僅是上述該1. 2nF乘以IV的電荷的一小部分，且通常將不擾動或變更該第一傳輸柵極截止電壓。 這可有助于減小條帶圖像假影。在一個或多個實施例中，可在該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體上提供大致上相同的傳輸柵極截止電壓值。如本文所使用，當傳輸柵極截止電壓值或電壓相差在0. IV內時，這些傳輸柵極關閉電壓值或電壓大致上相同。替代性地，在一個或多個實施例中，可在該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體上提供顯著不同的傳輸柵極截止電壓值。如本文所使用，當這些傳輸柵極關閉電壓值或電壓相差超過0. IV時，這些傳輸柵極截止電壓值或電壓大致上是不同的。圖6是可用于對第一傳輸柵極截止電壓供應導體630及第二傳輸柵極截止電壓供應導體632產生不同傳輸柵極截止電壓的電壓產生器640的方塊圖640。在一個實施例中， 該電壓產生器640及該第一傳輸柵極截止電壓供應導體630以及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體632可被包括在圖5的圖像傳感器500中或類似物中或被包括在完全不同的圖像傳感器中。該電壓產生器包括第一傳輸柵極截止電壓產生器電路或部分642，用于在耦合至該第一傳輸柵極截止電壓產生器電路或部分642的該第一傳輸柵極截止電壓供應導體630 上產生并提供第一傳輸柵極截止電壓。該電壓產生器亦包括第二傳輸柵極截止電壓產生器電路或部分644，用于在耦合至該第二傳輸柵極截止電壓產生器電路或部分644的該第二傳輸柵極截止電壓供應導體632上產生并提供不同的第二傳輸柵極截止電壓。一些圖像可展示圖像滯后，在該圖像滯后中整個圖像信號在給定讀出期間并非完全讀出，但是可在一個或多個后繼讀出中閱讀的一些殘留信號反而保持下來。舉例而言，具有高全井容量(FWC)的小像素可經歷一些圖像滯后。全井容量代表可由每個像素收集并轉移的電荷量或電子量。在一個或多個實施例中，大致上不同的傳輸柵極截止電壓可用于幫助減小圖像滯后。可在該第一傳輸柵極截止電壓供應導體630上將該第一傳輸柵極截止電壓提供至包括針對讀出而選擇的像素的諸像素的第一子組，而可在該第二傳輸柵極截止電壓供應導體 632上將該第二傳輸柵極截止電壓提供至包括針對讀出而未選擇的像素的諸像素的第二子組。為有助于減小圖像滯后，與第二傳輸柵極截止電壓相比，該第一傳輸柵極截止電壓與傳輸柵極「導通」電壓(例如，TX信號)的差值可更大。舉例而言，在一個實施例中，該傳輸晶體管可為η型金屬氧化物半導體(NMOS)場效晶體管(FET)。對于該η型FET，藉由該第一電路642產生的第一傳輸柵極截止電壓可具有在從約-1. 5V至大約-2. 5V的范圍中的電壓，且藉由該第二電路644產生的第二傳輸柵極截止電壓可具有在從約-0. 5V至大約-1. 5V的范圍中的較小負電壓。在一些情況中，該第一傳輸柵極截止電壓可在從約-1. 8V至約-2. 2V的范圍中，且該第二傳輸柵極截止電壓可具有在從約-0. 8V至約-1. 2V的范圍中的較小負電壓。類似的不同正電壓適合于ρ型FET 傳輸晶體管。使用與該第二傳輸柵極關閉電壓相比具有與傳輸柵極「導通」電壓更大的電壓差 (例如，NMOS傳輸晶體管的情況下的更負的第一傳輸柵極截止電壓)的第一傳輸柵極截止電壓，可有助于增加該浮動擴散節點(FD)上的電壓。該傳輸柵極「導通」電壓與「截止」電壓之間的電壓差越大，當該傳輸柵極導通以將該圖像電荷轉移至該浮動擴散節點時該傳輸柵極上的電壓擺動或變化越大。因為該傳輸柵極對該浮動擴散節點具有一定量的耦合電容，所以此較大的電壓擺動或變化可趨向有助于增加該浮動擴散節點上的后繼傳輸電壓。 這可有助于減小圖像滯后。負電壓的使用的另一優點在于它們可有助于減小暗電流。常規地，單一傳輸柵極關閉電壓供應線上的此等相對較負傳輸柵極截止電壓(例如，在從約-1.5V至約-2.5V的范圍中)的使用將趨向具有缺陷(諸如白色像素的增加和 /或器件可靠性的降低)。此類相對較負傳輸柵極截止電壓將趨向跨該傳輸柵極產生較高電場，而導致更多白色像素，且將趨向跨該傳輸柵極產生較高電壓降而導致器件可靠性降低。然而，藉由包括該兩個傳輸柵極截止電壓供應導體以及僅對整個陣列的總讀出時間的一部分或一小部分使用相對較負傳輸柵極截止電壓，那些缺陷可顯著減小并亦觀察到圖像滯后的減少。舉例而言，在一個實施例中，每一行可僅在該行正被讀出時經受這些相對較負傳輸柵極截止電壓，而在另外一些時候，該行可經受較少負傳輸柵極截止電壓(例如，從約-0. 5V至約-1. 5V的電壓)。因此，圖像滯后可在并未顯著產生白色像素或器件可靠性降低的情況下減小。圖7是將第一傳輸柵極截止電壓供應導體及第二傳輸柵極截止電壓供應導體與像素陣列的諸像素的第一子組及第二子組的傳輸柵極耦合的方法750的實施例的方塊流程圖。在一個或多個實施例中，該方法可由圖5的圖像傳感器500或類似物執行和/或在圖5的圖像傳感器500或類似物中執行。替代性地，該方法750可由圖像傳感器或具有完全不同于圖5的該圖像傳感器的圖像傳感器的電子裝置執行，和/或在該圖像傳感器或具有完全不同于圖5的該圖像傳感器的該圖像傳感器的電子裝置中執行。在方塊752處，該方法包括使圖像傳感器的像素陣列曝露于光。每個像素可具有光敏元件及與該光敏元件耦合的傳輸晶體管。每一傳輸晶體管可具有一傳輸柵極。在方塊7M處，可選擇該陣列的像素的第一子組用于讀出。在一個實施例中，這些像素的該第一子組可為選擇用于讀出的一行或多行像素。在一個實施例中，行計數器電路或控制器單元可通過產生一個或多個行地址用于讀出來選擇該一行或多行像素。在方塊756處，第一傳輸柵極截止電壓供應導體可與像素的所選擇的第一子組的傳輸柵極耦合。在一個實施例中，對應于被選擇用于讀出的該一行或多行像素的一個或多個開關可被控制以將該一個或多個所選擇的行與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體耦合。 在一些實施例中，包括被選擇用于讀取的該行(或多行)的一行或多行像素亦可任選地與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體耦合。在方塊758處，同時，第二傳輸柵極截止電壓供應導體可與該陣列的像素的不同的第二子組的傳輸柵極耦合。在一個實施例中，除了與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體耦合的像素的像素陣列的行之外，與所有其他行相對應的開關可經控制以將它們的對應行中的傳輸柵極與該第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合。在一個或多個實施例中，來自該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體的電壓大致上可相同。替代性地，在一個或多個實施例中，來自該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體的電壓大致上可不同。圖8是將第一傳輸柵極截止電壓及第二傳輸柵極截止電壓施加于像素陣列的像素的第一子組及第二子組的傳輸柵極的方法860的實施例的方塊流程圖。在一個或多個實施例中，該方法可由圖5的圖像傳感器500或類似物執行和/或在圖5的圖像傳感器500或類似物中執行。替代性地，該方法860可由圖像傳感器或具有完全不同于圖5的該圖像傳感器的圖像傳感器的電子裝置執行和/或在該圖像傳感器或具有完全不同于圖5的該圖像傳感器的該圖像傳感器的電子裝置中執行。在方塊861處，選擇像素陣列的諸像素的第一子組以用于讀出。該陣列的各個像素可具有光敏元件和與該光敏元件耦合的轉移晶體管。每個轉移晶體管可具有傳輸柵極。在方塊862處可產生第一傳輸柵極截止電壓，且在方塊863處可產生第二傳輸柵極截止電壓。在一個實施例中，該第一傳輸柵極截止電壓及該第二傳輸柵極截止電壓大致上可不同。在一個實施例中，與第二傳輸柵極截止電壓相比，該第一傳輸柵極截止電壓可具有更大的與傳輸柵極開啟電壓的電壓差。舉例而言，對于η型FET，該第一傳輸柵極截止電壓可在從約-1. 5V至約-2. 5V的范圍內變化，且該第二傳輸柵極截止電壓可以是在從約-0. 5V至約-1. 5V的范圍內的較小負電壓。在一些情況中，該第一傳輸柵極截止電壓可在從約-1. 8V至約-2. 2V的范圍內變化，且該第二傳輸柵極截止電壓可在從約-0. 8V至約-1. 2V的范圍內變化。這些電壓可藉由圖6的電壓產生器640或完全不同的電壓產生器產生。在方塊864處，該第一傳輸柵極截止電壓可施加于像素的所選擇的第一子組的傳輸柵極。在方塊865處，同時，該第二傳輸柵極截止電壓可施加于像素的第二子組的傳輸柵極。顯著不同的傳輸柵極截止電壓可有助于在并未顯著不利地導致白色像素或降低器件可靠性的情況下減小圖像滯后。在以上描述及下列專利申請范圍中，使用術語「經耦合」及「經連接」以及其派生詞。應了解的是，這些術語并不旨在彼此同義。相反地，在特定實施例中，「經連接」可用以指示兩個或兩個以上元件彼此直接實體接觸或電接觸。「經耦合」可表示兩個或兩個以上元件直接實體接觸或電接觸。然而，「經耦合」亦可表示兩個或兩個以上元件并非彼此直接接觸，但是仍彼此協作或相互作用。舉例而言，電路可透過一個或多個中間組件與傳輸柵極截止電壓供應導體耦合。在以上描述中，為解釋的目的，已陳述大量特定細節以提供對本發明的透徹理解。 然而，對本領域普通技術人員顯而易見，一個或多個其他實施例可在并無這些特定細節的情況下執行。已提供所描述的該等特定實施例并不限制本發明而是說明本發明。本發明的范疇并非由以上提供的這些特定示例決定，而僅由所附權利要求決定。在其他實例中，以方塊圖形式或并非詳細顯示公知電路、結構、裝置及操作以避免使本發明的理解變得不清楚。 在認為合適的地方，已在各附圖中重復附圖標記或附圖標記的終端部分，以指示可任選地具有類似特性的對應的或類似元件。本領域普通技術人員亦將了解的是，可對本文所揭示的這些實施例作出修改(諸如例如對這些實施例的組件的組態、量值、功能及操作方式作出修改)。等效于附圖中所繪示的關系及本說明書中所描述的關系的所有關系被包括于本發明的實施例中。已描述各種操作及方法。已在流程圖中以基本形式描述這些方法中的一些，但是可任選地對該等方法增加操作和/或從該等方法移除操作。再者，雖然這些流程圖顯示根據例示性實施例的該等操作的特定順序，但應了解的是，該特定順序是例示性的。替代實施例可視需要以不同順序執行這些操作、組合某些操作、重迭某些操作等。亦應了解的是，例如，貫穿本發明對「一實施例」、「一個實施例」或「一個或多個實施例」的引用表示特定特征可包括于本發明的實踐中。類似地，應了解的是，針對簡化揭示內容并輔助各種發明方面的理解的目的，在該描述中各種特征有時候與單一實施例中的附圖或描述聚合在一起。然而，揭示內容的此方法并不被解釋為反映本發明需要的特征多于每一權利要求中所明確列舉的特征的意圖。相反地，如所附權利要求所反映，發明方面可在少于單一揭示實施例的所有特征下存在。因此，特此將「具體實施方式
」后的權利要求術明確地并入「具體實施方式
」中，其中每一權利要求本身均可作為本發明的獨立實施例。
權利要求
1.一種設備，其包括像素陣列，所述陣列的每個像素包括光敏元件；以及與光敏元件耦合的傳輸晶體管，所述傳輸晶體管具有傳輸柵極；第一傳輸柵極截止電壓供應導體；第二傳輸柵極截止電壓供應導體；以及與第一傳輸柵極截止電壓供應導體和第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合的電路，所述電路可操作以將第一傳輸柵極截止電壓供應導體耦合至所述陣列的像素的第一子組的傳輸柵極，且同時將第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合至所述陣列的像素的第二子組的傳輸柵極。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，第一傳輸柵極截止電壓供應導體可操作以供應第一傳輸柵極截止電壓，其中第二傳輸柵極截止電壓供應導體可操作以供應第二傳輸柵極截止電壓，且其中第一傳輸柵極截止電壓與第二傳輸柵極截止電壓顯著不同。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于，所述陣列的像素的第一子組包括被選擇用于讀出的像素，其中所述陣列的像素的第二子組包括未被選擇用于讀出的像素，且其中第一傳輸柵極截止電壓與第二傳輸柵極截止電壓相比與傳輸柵極導通電壓的電壓差更大。
4.如權利要求3所述的設備，其特征在于，傳輸晶體管包括N型場效應晶體管，其中第一傳輸柵極截止電壓具有從-1. 5V至-2. 5V范圍內的電壓，且其中第二傳輸柵極截止電壓具有從-0. 5V至-1. 5V范圍內的電壓。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述第一傳輸柵極截止電壓在從-1.8V 至-2. 2V的范圍內，其中第二傳輸柵極截止電壓具有從-0. 8V至-1.2V的范圍內的電壓。
6.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述第一傳輸柵極截止電壓供應導體可操作以供應第一傳輸柵極截止電壓，其中第二傳輸柵極截止電壓供應導體可操作以供應第二傳輸柵極截止電壓，且其中第一傳輸柵極截止電壓與第二傳輸柵極截止電壓具有基本相同的電壓值。
7.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述像素的第一子組是被選擇用于讀出的像素，且其中所述像素的第二子組是未被選擇用于讀出的像素。
8.如權利要求7所述的設備，其特征在于，被選擇用于讀出的像素的第一子組包括一行或多行像素。
9.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述電路包括第一組的一個或多個開關，所述第一組的一個或多個開關與第一傳輸柵極截止電壓供應導體和第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合，且各自與所述像素中的所述第一子組中的不同像素行中的像素的傳輸柵極耦合；以及第二組的一個或多個開關，所述第二組的一個或多個開關與第一傳輸柵極截止電壓供應導體和第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合，且各自與所述像素中的所述第二子組中的不同像素行中的像素的傳輸柵極耦合。
10.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述像素陣列包括至少12百萬像素。
11.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備包括互補金屬氧化物半導體 (CMOS)圖像傳感器。
12.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述第一傳輸柵極截止電壓供應導體和第二傳輸柵極截止電壓供應導體各自包括選自線、導線、導軌、互連及導電路徑中的一個或多個。
13.如權利要求1所述的設備，其特征在于，進一步包括 經光耦合以在所述像素陣列上聚焦光的一個或多個透鏡； 經光耦合以容許光經過所述一個或多個透鏡的快門； 用于處理圖像數據的處理器；以及用于儲存圖像數據的存儲器。
14.一種設備，包括圖像傳感器，所述圖像傳感器包括光敏元件的陣列，所述光敏元件中的每一個與對應的傳輸晶體管耦合，所述傳輸晶體管中的每一個具有傳輸柵極；第一傳輸柵極截止電壓供應線，用于供應第一傳輸柵極截止電壓； 第二傳輸柵極截止電壓供應線，用于供應第二傳輸柵極截止電壓；以及第一開關，所述第一開關與第一傳輸柵極截止電壓供應線和第二傳輸柵極截止電壓供應線耦合并與傳輸柵極的第一子組耦合，所述第一開關將第一傳輸柵極截止電壓可切換地耦合至傳輸柵極的所述第一子組；第二開關，所述第二開關與第一傳輸柵極截止電壓供應線和第二傳輸柵極截止電壓供應線耦合并與傳輸柵極的第二子組耦合，所述第二開關將第二傳輸柵極截止電壓可切換地耦合至傳輸柵極的所述第二子組。
15.如權利要求14所述的設備，其特征在于，第一傳輸柵極截止電壓和第二傳輸柵極截止電壓顯著不同。
16.如權利要求15所述的設備，其特征在于，傳輸柵極的所述第一子組包括被選擇用于讀出的像素的傳輸柵極，其中傳輸柵極的第二子組包括未被選擇用于讀出的像素，且其中第一傳輸柵極截止電壓與第二傳輸柵極截止電壓相比與傳輸柵極導通電壓的電壓差更大。
17.如權利要求14所述的設備，其特征在于，傳輸柵極的所述第一子組是被選擇用于讀出的像素的傳輸柵極，且其中傳輸柵極的所述第二子組是未被選擇用于讀出的像素的傳輸柵極。
18.一種圖像傳感器，包括像素陣列，所述陣列的像素的每一個包括 光敏元件；以及與所述光敏元件耦合的傳輸晶體管，所述傳輸晶體管具有傳輸柵極； 第一電壓產生器電路，所述第一電壓產生器電路用于產生第一傳輸柵極截止電壓；以及與所述第一電壓產生器電路耦合的第一傳輸柵極截止電壓供應導體，所述第一傳輸柵極截止電壓供應導體接收并供應第一傳輸柵極截止電壓；第二電壓產生器電路，所述第二電壓產生器電路產生不同于第一傳輸柵極截止電壓的第二傳輸柵極截止電壓；與第二電壓產生器電路耦合的第二傳輸柵極截止電壓供應導體，所述第二傳輸柵極截止電壓供應導體接收并供應第二傳輸柵極截止電壓；以及包括多個開關的電路，所述多個開關各自與第一傳輸柵極截止電壓供應導體和第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合，所述多個開關包括第一開關，所述第一開關可操作以將第一傳輸柵極截止電壓可切換地耦合至被選擇用于讀出的第一行像素的傳輸柵極；以及第二開關，所述第二開關可操作以同時將第二傳輸柵極截止電壓可切換地耦合至未被選擇用于讀出的第二行像素的傳輸柵極，其中第一傳輸柵極截止電壓與第二傳輸柵極截止電壓相比與傳輸柵極開啟電壓的電壓差更大。
19.一種方法，包括使圖像傳感器的像素陣列曝露于光，所述像素的每一個具有光敏元件和與所述光敏元件耦合的傳輸晶體管，每一傳輸晶體管具有傳輸柵極； 選擇所述陣列的像素的第一子組以用于讀出；將第一傳輸柵極截止電壓供應導體耦合至像素的所選擇的所述第一子組的傳輸柵極；以及同時將第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合至所述陣列的像素的第二子組的傳輸柵極。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，進一步包括將第一傳輸柵極截止電壓從第一傳輸柵極截止電壓供應導體提供至所述像素的所述第一子組；以及將第二傳輸柵極截止電壓從第二傳輸柵極截止電壓供應導體提供至像素的所述第二子組，其中第一傳輸柵極截止電壓和第二傳輸柵極截止電壓顯著不同。
21.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述像素的所述第一子組包括被選擇用于讀出的像素，其中所述像素的所述第二子組包括未被選擇用于讀出的像素，且其中第一傳輸柵極截止電壓與第二傳輸柵極截止電壓相比與傳輸柵極開啟電壓的電壓差更大。
22.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述像素的所述第一子組包括被選擇用于讀出的像素，且其中所述像素的所述第二子組包括未被選擇用于輸出的像素。
全文摘要
本發明的一個方面提供一種設備，該設備包括像素陣列。像素的每一個包括光敏元件及與該光敏元件耦合的傳輸晶體管。傳輸晶體管的每一個具有傳輸柵極。該設備亦包括第一傳輸柵極截止電壓供應導體和第二傳輸柵極截止電壓供應導體。電路與該第一傳輸柵極截止電壓供應導體及該第二傳輸柵極截止電壓供應導體耦合。該電路可操作以將該第一傳輸柵極截止電壓供應導體耦合至該陣列的像素的第一子組的傳輸柵極。該電路亦可操作以將該第二傳輸柵極截止電壓供應導體同時耦合至該陣列的像素的第二子組的傳輸柵極。
文檔編號H04N5/378GK102469278SQ201110378099
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月14日 優先權日2010年11月15日
發明者代鐵軍 申請人:美商豪威科技股份有限公司