專利名稱：圖像傳感器器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測物體的圖像的傳感器器件，如CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器。
背景技術：
固態(tài)的圖像傳感器使用在例如視頻照相機中，而且固態(tài)的圖像傳感器當前可按照一系列形式實施，其中包括電荷耦合器件(CCD)和CMOS圖像傳感器。這些圖像傳感器的基礎是一個兩維的像素陣列。每個像素包括能夠把一部分光學圖像變換成電信號的一個傳感元件。然后使用這些電信號在例如一個顯示器上再產生光學圖像。
然而，最近，CMOS圖像傳感器變得越來越流行。純CMOS圖像傳感器已經從用于微處理器和ASIC(專用集成電路)的CMOS技術的發(fā)展中獲益，并且與CCD圖像傳感器相比有幾個優(yōu)點。與先進的信號處理算法相結合的收縮光刻法為在通過使用這些很成熟的CMOS技術所產生的芯片上建立傳感器陣列、陣列的控制、以及圖像的處理建立了平臺。然而，像素不可能收縮太多，否則這些像素的光敏區(qū)不夠大。盡管如此，收縮光刻法減小了在陣列中連接晶體管和總線的金屬線的寬度。在照明圖像傳感器的前側，金屬線寬度的減小會使更多的硅曝光，借此可提高光的靈敏度。CMOS圖像傳感器還能較大地節(jié)約功率，因為與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器需要較少的電源電壓。此外，由于對于CMOS像素進行了改進，所以新開發(fā)的CMOS圖像傳感器可提供高分辨率和低噪聲的圖像。
在CMOS像素陣列結構中，可以使用有源像素或無源像素。有源像素傳感器(APS)在每個像素中都包括放大電路。CMOS有源像素傳感器通過在每個像素中包括有源電路，如晶體管，克服了無源像素的缺陷。APS單元在一個積分讀出階段進行操作，所說積分讀出階段是通過在復位控制線和行選擇控制線上接收的信號進行控制的。在積分階段，復位晶體管間歇式地接通和斷開。這個復位過程使對應的光二極管的電位在復位電平浮動。光二極管本身包括電容，用于存儲一定數量的電荷，電荷的數量正比于從物體反射的輻射強度。這個光生電流使像素電容放電，并且使光二極管的電位下降到由光生電流的量指定的信號值。復位電平和信號電平之間的差正比于入射光，并且構成了視頻信號。
與前側照明的CMOS APS單元有關的問題是，有源電路并且特別是與有源電路有關的金屬線將使填充系數減小，所說的填充系數即光敏面積與CMOS APS像素陣列的總像素面積之比。具體來說，復位控制線、行選擇控制線、電壓源線、金屬線、和列輸出線全都形成在位于基板上方的二氧化硅絕緣層上。以光子形式出現的光通過絕緣層到達光敏擴散區(qū)，借此產生光電反應。與有源電路有關的金屬和多晶硅線的存在減小了到達光二極管擴散區(qū)的光的數量，由此產生了非最佳填充系數。
如以上所述，減小與切割邊緣CMOS制造過程有關的金屬線的寬度將使更多的硅曝光。然而，即使非常細的金屬線也會產生光阻塞，由此阻止前側照明的圖像傳感器實現100％的填充系數。
在當前的市場情況下，傳感器必須能夠在光強度只可下降30流明的規(guī)定下操作。然而，由于上述的問題，CMOS傳感器的靈敏度太低，必須進行更多的開發(fā)研究才能滿足在這些低光強度下的所要求的規(guī)定。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的圖像傳感器器件，它能夠在低光強度下操作。
這個目的可通過根據權利要求1限定的傳感器器件來實現。因此，可安排發(fā)光半導體裝置來在快速拍照和/或短視頻會議周期期間支持傳感器器件。借此，可改善傳感器的操作條件，以便提高圖像質量并減輕改進傳感器靈敏度的努力。
優(yōu)選地，發(fā)光半導體裝置可包括至少一個發(fā)光二極管。
進而，預定的操作時間周期可對應于檢測裝置的積分周期。
按照另一個有益的進展，檢測裝置可包括第一檢測表面和第二檢測表面，其中對于發(fā)光半導體裝置進行安排，使其可以向一個物體發(fā)出輻射，所說的物體的圖像要由所說的第一和第二檢測表面中的一個預定的檢測表面來檢測。在這種情況下，第一檢測表面可以是檢測裝置的前側，第二檢測表面可以是檢測裝置的經過反向蝕刻的后側，其中的前側對應于第一和第二檢測表面中預定的一個。由此，通過使用檢測裝置的兩個側面即前側和后側，可以提供兩種傳感器功能，與此同時只需要使用一個傳感器。由于前側和后側的靈敏度不同，所以這種傳感器可覆蓋幾種應用。于是，可以提供一種廉價的極小的照相機或傳感器模塊。進而，導向裝置可以包括用于引導輻射到第一檢測表面的第一透鏡，和用于引導輻射到第二檢測表面的第二透鏡。第一和第二透鏡可以安裝在傳感器器件的外殼的相對的壁上。
在從屬權利要求中限定了另外的一些進展。


下面參照附圖基于優(yōu)選實施例詳細描述本發(fā)明，其中圖1是按照第一優(yōu)選實施例的圖像傳感器器件的示意方塊圖；圖2是按照第二優(yōu)選實施例的雙側照明的圖像傳感器器件的示意方塊圖。
具體實施例方式
現在基于CCD圖像傳感器器件描述這個優(yōu)選實施例，所說的CCD圖像傳感器器件可用在傳感器和/或照相機模塊中，如用于移動電話或類似物中。
圖1是按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的傳感器和/或照相機模塊的示意方塊圖，它包括一個外殼10，其中安排具有傳感元件的一個矩陣陣列的CMOS傳感器14和一個控制電路11。對于控制電路11進行安排，使其可提供控制CMOS傳感器14的讀出操作以及向CMOS傳感器14提供功率所需的控制信號。然后，在外殼10的接收壁上安裝發(fā)光二極管(LED)器件12，將CMOS傳感器14要檢測的物體的輻射引向所說的接收壁。此外，在接收壁的一個對應的開口安裝一個光學透鏡13，所說的輻射通過光學透鏡13被引向CMOS傳感器14的檢測表面。這種安排的好處是，要通過CMOS傳感器14檢測的物體可由發(fā)光二極管器件12照明或輻射，從而在快速拍照期間或在短視頻檢測周期期間支持CMOS傳感器14。這種圖像傳感器即使在低光強度情況下也可操作。
如最近開發(fā)的，通過使用高效的發(fā)光二極管器件，可使功耗保持在很低的水平。具體來說，發(fā)光二極管器件12可以包括高功率的“封閉的倒置棱錐(Trunkated-Inverted-Pyramid)(TIP)”AlGaInP/GaP發(fā)光二極管、高功率TS AlGaInP發(fā)光二極管、或者包括AlInGaP發(fā)光二極管和InGaN發(fā)光二極管的組合的高通量發(fā)光二極管陣列。這樣的發(fā)光二極管器件提供增大的發(fā)光效率，超過50流明/瓦特。
通過只在CMOS傳感器14的積分周期期間激勵發(fā)光二極管器件12可進一步減小功耗。因此，可從控制電路11向發(fā)光二極管器件12提供對應的控制信號。進而，可以在發(fā)光二極管器件12的前側提供一個透鏡系統(tǒng)(未示出)，用于向要由CMOS傳感器14檢測的物體引導支持輻射。
因而，即使在低光強度和低功耗下，也能通過傳感器器件實現優(yōu)良的圖像質量。
可能出現的情況是，如果在集成電路的后側入射的足夠多的光可以穿過基板，那么就可以使用前側和后側這兩者的CMOS圖像傳感器IC(集成電路)，作為CMOS圖像傳感器14。為了改善靈敏度，要將盡可能多的基板蝕刻掉。然而，要想在低光強度條件下實現CMOS圖像傳感器14的可接受的特性，這種辦法很可能是不夠的。因此，在兩種情況下，需要發(fā)光二極管器件12的支持。
圖2是按照本發(fā)明的加強型第二優(yōu)選實施例的兩側照明的傳感器或照相機模塊的示意方塊圖。要說明的是，用相同標號表示的部件或元件對應于第一優(yōu)選實施例的對應的元件和部件，因而這里省去了對它們的詳細描述。在第二優(yōu)選實施例中，可從前側和后側照明CMOS圖像傳感器14，并且在外殼10的相對的壁的對應的開口上安裝兩個透鏡131、132。這樣，傳感器或照相機模塊可用于檢測在模塊的相對的兩側安排的物體的圖像，或者，通過改變模塊的檢測側，即通過轉動模塊，就可控制圖像檢測操作的靈敏度或應用場合。于是，可以使用傳感器器件的兩側來獲得一個廉價的極小型的照相機或傳感器模塊，拓寬應用范圍。例如，在移動電話中，客戶期望在每個移動電話中有兩個傳感器來覆蓋快速拍照和視頻會議能力。通過在兩側照明的CCD傳感器14的每一側加兩個透鏡，移動電話就可以在保持小尺寸的同時覆蓋所有的應用。由此可提供廉價的極小型的照相機模塊。進而，發(fā)光二極管器件12可以是一個快速切換的、高效率的發(fā)光二極管，例如是具有低驅動電壓的亮白色的器件。
后側透鏡可以是一個CSM(卡塞格倫施密特曼金)透鏡。照這樣，CSM透鏡不能與微透鏡一起使用，而是用在器件的特定的側面。
如圖2所示的CMOS傳感器14包括玻璃基板142和經過變薄的或經過反向蝕刻的傳感器層141。在文獻US6162965和US4507674中描述了背照明的CMOS傳感器的例子。在這樣的CMOS傳感器中，從晶片的后表面去除材料，一直到通過后表面有效地露出圖像傳感器電路的光敏像素區(qū)時為止。這樣，響應通過后表面的光(光子)，每個光敏像素區(qū)的像素就產生了電子流。由此可消除在本文開始時描述的前側照明的CMOS傳感器的填充系數問題，從而可以實現100％填充系數。這樣，在經過反向蝕刻的傳感器層141上的檢測表面就具有比在玻璃基板142上的檢測表面更高的光靈敏度。然而，在前側檢測表面上減小的靈敏度得到了發(fā)光二極管器件12的支持，因此解決了在CMOS傳感器14的正面上的靈敏度問題。
由于發(fā)光二極管器件12的支持輻射將導致功耗的增加和/或對于較長的操作周期不利的事實，所以可將CMOS傳感器14的前側用于短時間的快速拍照，同時將后檢測表面用于由于像素陣列的100％填充系數產生的高靈敏度的視頻程序。
在第二優(yōu)選實施例中還有，可以對于控制電路11進行安排，使其僅在CMOS傳感器14的積分周期期間才激勵發(fā)光二極管器件12。因此，在第二優(yōu)選實施例中，可以提供用于個人計算機照相機、數字靜物照相機(DSC)、視頻會議設備、移動電話等設備的傳感器或照相機模塊。
要說明的是，本發(fā)明不限于上述的優(yōu)選實施例，本發(fā)明可用于任何圖像檢測器件中，以便即使在低光強度的情況下也能夠操作。發(fā)光二極管器件12可由其它的低功率發(fā)光半導體器件代替，如激光二極管，可在物體上掃描激光二極管以提供輻射支持。進而，在這種器件內可以使用任何類型的輻射傳感器或輻射探測器。因此在所附的權利要求書的范圍內優(yōu)選實施例可以變化。
權利要求
1.一種用于檢測物體的圖像的傳感器器件，所說的傳感器器件包括a)檢測裝置(14)，用于檢測從所說物體接收的輻射；b)導向裝置(13、131、132)，用于向所說檢測裝置(14)的檢測表面引導所說接收的輻射；c)發(fā)光半導體裝置(12)，用于向所說的物體發(fā)射輻射；d)控制裝置(11)，用于在所說檢測裝置(14)的一個預定的操作周期期間激勵所說的發(fā)光半導體裝置(12)。
2.根據權利要求1所述的傳感器器件，其中所說的發(fā)光半導體裝置包括至少一個發(fā)光二極管(12)。
3.根據權利要求1或2所述的傳感器器件，其中所說的預定的操作時間周期對應于所說檢測裝置(14)的積分周期。
4.根據前述權利要求中任何一個所述的傳感器器件，其中所說的檢測裝置(14)包括第一檢測表面和第二檢測表面，并且其中對于所說的發(fā)光半導體裝置(12)進行安排，使其可向一個物體發(fā)射輻射，所說物體的圖像由所說第一和第二檢測表面中的預定的一個檢測表面檢測。
5.根據權利要求4所述的傳感器器件，其中所說的第一檢測表面在所說檢測裝置(14)的前側，所說的第二檢測表面在所說檢測裝置(14)的經過反向蝕刻的后側，并且其中所說的前側對應于所說的第一和第二檢測表面中的預定的一個檢測表面。
6.根據權利要求4或5所述的傳感器器件，其中所說的導向裝置包括用于引導輻射到所說第一檢測表面的第一透鏡裝置(131)和用于引導輻射到所說第二檢測表面的第二透鏡裝置(132)。
7.根據權利要求6所述的傳感器器件，其中所說的第一透鏡裝置(131)和第二透鏡裝置(132)安裝在所說傳感器器件的外殼(10)的相對的壁上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測物體的圖像的傳感器器件，其中的檢測裝置(14)用于檢測從所說物體接收的輻射，所說的檢測裝置(14)得到發(fā)光半導體裝置(12)的支持；發(fā)光半導體裝置(12)用于在檢測裝置(14)的預定操作周期期間向所說的物體發(fā)射輻射。所說的檢測裝置(14)即使在低光強度條件和低功耗的情況下也可操作。檢測裝置(14)可以是兩側照明的檢測裝置，其中的一側得到發(fā)光半導體裝置(12)的支持，它的另一側是經過反向蝕的并且靈敏度提高的一側。由此可提供廉價的、極小型的、多用途的照相機或傳感器模塊。
文檔編號H04N5/225GK1653803SQ03810910
公開日2005年8月10日 申請日期2003年4月22日 優(yōu)先權日2002年5月16日
發(fā)明者A·P·M·范阿倫多克, N·J·A·范維恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司