专利名称：具有切割角的图像传感器的制作方法
具有切割角的图像传感器本发明涉及旨在容纳在减少了可用空间的区域中的图像传感器， 并且然而，其目的是为了得到尽可能大的图像采集区域。这是例如用 于牙科影像学图像传感器的情况这些图像传感器必须容纳在患者的 口中，并且所获取图像的尺寸至少对应于一颗牙齿的高度和数颗牙齿 的宽度。因此，应考虑空间限制，并且有必要尽可能多地节约具有给 定图像表面的传感器的体积。此外，对于患者舒适性的需求需要额外 的人体工程学限制。影像学图像传感器通常包括半导线芯片，其具有光敏元件的矩阵 和与其链接的电子电路；印刷电路板，其上安装有芯片和可能的一些 其它元件；覆盖芯片的闪烁体；以及有时还包括插入在闪烁体和芯片 之间的光纤板。该单元包含在树脂封装B (图l)中，连接电缆C可 从该树脂封装延伸至用于对所收集的图像进行处理的系统(除无线传 输情形外，该情形下通常在封装中提供电池)。该封装尽可能紧密地 符合芯片的形状，以便不会创建不必要的体积。假定为矩形的芯片形状要求封装也为矩形形状，这种形状对于患 者既不符合人体工程学，也不舒适。为了改进使用CCD ("电荷耦合器件")工艺制造的影像学图像 传感器中的人体工程学和舒适性，现已建议切割封装边角或使其为圆 形。为了防止丢失图像采集表面，己建议在这种情形下使用自身具有 切割角的芯片。已经提出了带有具有两个切割角(位于传感器插入口 中方向上前面的两个边角)的芯片的传感器(
图1);同样己经提出 了带有四个切割角的传感器(图2)。这引起结构调整，例如，将电 荷读取寄存器安装在芯片的中间，而非边缘。这些调整在CCD工艺 中是可行的。其在CMOS工艺中不可行，CMOS工艺即这样的工艺 在其中光敏元件在每个像素上具有由MOS晶体管制成的有源(active)元件，以便将光生电荷转化为电压或电流，并且在其中将与每个像素 对应的电流或电压信号传送到链接每个像素列的列导体上。事实上，这些工艺没有使用电荷转移寄存器，并且读取系统不能 在不占用极大的图像区域的情况下而正好放置芯片的中间，这是不可 接受的。然而，CMOS工艺是非常有益的，因为该工艺使得在单一集成电 路芯片上很容易生产图像获取矩阵和链接的电子电路(控制电路、图 像信号采集电路、图像处理电路等)。此外，CMOS工艺的优势在于 耗费较少的能量。这正是有必要将CMOS工艺的优势和具有切割角的芯片的人体 工程学形状相结合的原因。然而，实现这种结合存在一个相当大的困难。该困难能够通过首 先参照示意性描述矩形图像传感器芯片的图3看出。具有光敏有源元 件列和行的矩阵10占据了大部分表面。实际上，对于每行像素，矩阵包括连接同一行上所有像素的一个 或多个行导线，以及对于每列像素，包括连接同一列上所有像素的列 导线。这种CMOS工艺矩阵的操作需要-行选择电路20，在图像读取操作中连续地指定每行；这是纯粹 的数字电路；其包含与每行相对的行选择块；-读取电路30，用于在对己确定行的寻址期间读取在列导线上存 在的电流或电压，原则上包括用于存储这些电压或电流的电路，以便 在单独读取对应于该行的所有储存信号期间，存储对应于寻址行的图 像信号；来自于该行的像素并被存储的信号，在矩阵的输出导线(未 示出)上被确实地连续地读取，该矩阵的输出导线上连接有电路30 的各种电流或电压读取块(每列一个块)；读取电路30是混合的模拟 /数字电路；-列选择电路40，用于在读取已存储行的操作期间，连续指定每 列；对列的指定允许将对应于该列的已存储信号传送至矩阵的输出； 列选择电路是数字电路；其包括与每个读取块相连并且因而与每列相连的选择块；该电路40并非必须存在，尤其在图像传感器包括在读 取电路30的输出上的高速模数转换器时；-各种芯片的电子电路和输入/输出垫，该组件容纳在附图标记 50指示的空间中；这些电路尤其能够包括用于连续寻址的行并且接 着寻址给定行的列的定序器。读取和选择电路放置在矩阵一方面与行相对，另一方面与列相对 的外围。行选择电路20沿着矩阵平行于列的垂直边缘延伸，所述列 具有与每行相对的块；其可被分离且沿着两垂直边缘延伸。读取(和 存储)电路30，例如沿着矩阵中较低的水平边缘延伸。列选择电路 40还沿着读取电路30下面较低的水平边缘延伸。空间50在电路40 下面延伸。更确切地，行选择电路20包括沿着矩阵平行于列的整个垂直边 缘延伸的多导线地址总线(未示出)，以及与每行相对的选择块。选 择块的输入为总线导线，且输出为水平地连接对应于基本块的行上所 有像素的一个或多个行导线。存储和电流或电压读取电路30对于每列包括执行读取和存储功 能的基本读取块；该块位于该列的对面，并且其接收对应于该列的列 导线作为输入。该块能够包括缓冲放大器、 一个或多个相关的电容器、 以及开关；其作为采样保持电路，即在第一阶段中，其釆样存在于列 导线上的电流或电压值，并且在第二阶段中，其存储采样的电压直到 读取其内容(逐块地依序读取)。列选择电路40包括由几条导线形成的地址总线(未示出)，其沿 着矩阵平行于行的水平边缘延伸，以及与每列相对的列选择块；该选 择块是解码电路(但可以是简单的移位寄存器)，其输入是该地址总 线的导线，且其输出是用于控制插入在链接有相应列的电流或电压读 取块和矩阵的输出导线之间的开关的信号。地址总线选择基本块，并 且将链接有指定列的采样保持电路的输出连接到输出导线。输出导线 在行中逐行和逐列地连续提供对应于矩阵中每个像素的图像信号。因而，对于用行地址总线寻址的行，将该行的所有像素的信号存 储在位于矩阵底部的读取块30中，然后在对新行寻址之前，在列地址总线控制下将所述信号连续地传送至输出。如果现在使用具有两个或四个切割角的矩阵来代替图3中的矩 形矩阵，行选择电路部分地沿着组成矩阵斜面的斜边延伸，以便在容 纳在矩阵边缘与芯片边缘之间狭窄剩余空间内的同时，保持与矩阵的 每行相对。这本身并不引起特殊问题。图4示出了对于具有两个切割 角的矩阵的常规布置。然而，在具有四个切割角的矩阵的情形下，列选择电路和电流或 电压读取电路也必须部分地沿着切割角延伸，以便保持与在这些边角 上终止的列相对。已注意到这种布置会产生固定模式噪声(FPN)。事 实上，模拟电路的不均匀位置和生产造成小的增益差，所述增益差在 图像中被发现为固定模式噪声形式单独的读取电路应该全部完全相 同，但实际上并非这样。在例如放大器的增益和芯片中放大器的位置 之间存在依赖因素。在放大器位于单行上的情况下，很容易沿着几何 轴线来校正该依赖的效果。在放大器既位于水平行(沿着一个轴的依 赖)又倾斜行(沿着两个轴的依赖)上的情况下，这种校正存在更多 的困难，并且存在的风险是，尽管校正却仍然有与结构(且不仅与工 艺缺陷有关)有关的固定噪声。此外，在矩阵的斜面上，不可能如具有矩形矩阵的情况那样，使 行选择块沿着水平边缘而读取块沿着垂直边缘。两串沿着同一斜边设 置。因此，必须做出选择，要么设置行选择块紧靠行，要么设置读取 块紧靠列，但两者不可能在同时存在。然而，在这两种情况下，要求 在读取块上传递行地址信号。这些信号为大幅度的数字信号，其在对 电容效应极端敏感的读取块上(这些是用于测量极小的电流和电压的 模拟电路)施加实际上不能接受的电容效应。因此，有必要在传输数 字信号的行与读取块之间插入屏蔽层；在给出读取块位置上可用有限 数目的传导电平时，这难以进行(原则上，这些块使用所用工艺可得 到的所有传导电平)。图5和图6显示出示出了在具有四个切割角的矩阵中选择和读取 电路的可能位置的结构的两个示例在图5中，行选择块20紧靠矩 阵斜面，而在图6中，电流或电压读取块30紧靠斜面。为了解决有关这些结构的困难，本发明提出一种具有带切割角的 芯片的图像传感器，包括具有水平行和垂直列的光敏元件的矩阵，该矩阵具有水平宽度为L的常规矩形形状并具有四个斜面，该传感器包 括数量同矩阵的列一样多的电流或电压读取块，以便读取由列的光敏 元件检测的并通过与该列链接的列导线传送的图像信号，其特征在 于，电流或电压读取块沿着矩阵的水平边缘放置，并且全部容纳在垂 直条内，垂直条的宽度L1基本上小于矩阵的最大宽度L。实际上，如果L'为矩阵底部的宽度，即保持在矩阵底部的斜面(在 电流或电压读取块位于的那侧)之间的窄的水平宽度，那么所有的块 将被安装在宽度L'中或者或多或少等于宽度L'的宽度中。如果传感器包括与读取块链接的列选择块，那么这些列选择块将 全部容纳在同样的宽度L1中。在第一实施例中，读取块全部以相同的间距(优选地以与其链接 的列的间距)放置，并且与沿着斜面终止的列链接的块，位于与沿着 矩阵水平边缘终止的列相连的块的下方。读取块放置成两排， 一排位 于另一排的下方。在第二实施例中，沿着矩阵水平边缘，以块间间距小于与其链接 的列的间距的方式，放置读取块。所有读取块容纳在宽度为Ll的单 排中，宽度L1基本上小于矩阵的最大宽度。读取块间距和像素间距 之间的比例优选为或多或少等于L7L，这样块主要安装在矩阵底部的 宽度L'中。本发明的其他特征和优点将呈现在下面参照附图的详细描述中， 附图中-图1至图3，其已经描述过，示出了己知的图像传感器结构； -图4示出了可能用于具有两个切割角的传感器的电路的总体布置；-图5和图6示出了可能用于具有四个切割角的传感器的总体布置；-图7示出了根据本发明第一实施例的传感器； -图8示出了根据本发明第二实施例的传感器；-图9示出了图8所示实施例的结构细节。在图7中示出了根据本发明的传感器电路的常规布置。与先前附 图一致的附图标记对应于具有相同功能的元件。矩阵10具有四个切割角；在矩阵的实体部分上，原则上以45。 切割边角。例如，如果矩阵在其最大宽度之中总共包括N歹ij，并且 在其水平底部中包括N'列，那么能够设想在实际中N'是N的一半， 这意味着每个切割角在矩阵中大约四分之一的列上延伸。取L是矩阵的总宽度，而L'是水平底部的宽度(术语水平的对应 于平行于寻址行的方向，术语垂直的对应于平行于提供采集信号的列 的方向)。因此，L'可能约等于L/2。列选择电路20既沿着矩阵的垂直边缘延伸又沿着紧靠该垂直边 缘的斜边延伸。以一串彼此并列的矩形和平行四边形的形式示出列选 择电路20，每个矩形(沿着垂直边缘)或平行四边形(沿着斜边) 对应于用于选择矩阵的相应行且与该行相对的块。为了对称的目的， 行选择电路也可在另一垂直边和另两斜边上延伸。对称是关于将矩阵 切割为两部分的垂直中心线。这种布置是可以选择的。由于定中心、 冗余和减少到矩阵中心像素的访问时间方面的原因，因此其是有效 的。其未示出。根据本发明，电流或电压读取电路由一串单独块(矩阵的每列一 个块)组成，所述单独块在水平方向上测得的宽度L1之内，在一个 或两个水平排中并排放置，所述宽度L1明显短于矩阵宽度L，且宽 度Ll优选为靠近矩阵水平底部的宽度L'。单独块表示成并列的矩形， 其每个矩形对应于相应列。在图7中，读取块放置在两个水平排30和30'中，并且其在宽度 为L1的垂直条的内部。将与通向矩阵水平底部的列链接的所有单独的读取块，放置在紧 靠该底部下的第一排30中，每列下方设置一个块，并且块的分布间 距与列的分布间距相同，即与矩阵中水平方向上的像素间距相同。因 此，将与通向矩阵斜面上的列链接的所有其它读取块，放置在第一排 的块下面的第二水平排30'中，且具有相同的间距。两排的块优选地彼此相同；然而，其也可与第一排的块对称(关于水平行对称)放置。如果(在通常情况下)存在列选择电路40，那么其设置在两读 取块排30和30'之间。来自终止于一个斜面(在图中的左斜面)上的列的列导线共同聚 集成多导线总线60 (有多少终止于斜面上的列就有多少导线)，该总 线沿着该斜面延伸，然后沿着排30和列选择电路40垂直地行进，直 到第二排30'中读取块的左半段。该总线优选插入在沿着斜面设置的 行解码块20和矩阵的斜边之间。在这种情况下，行选择导线与列导 线总线相交，并且优选地，将被给予固定电势的屏蔽传导层在行导线 与列导线相交点处插入二者之间，从而防止施加到行的数字信号对列 导线的模拟电位造成电容效应，其会干扰读取。这些交叉出现在不含 读取块吋；结果，仅用两个导线电平和其间的绝缘电平，就可很容易 在工艺上实现这些交叉。在矩阵的另一侧，在右斜面上，列导线共同聚集成另一条多导线 总线70。该总线70沿着斜面行进，然后沿着电路30和40向下行进 以连接读取块排30'的右半段。用来容纳输入/输出垫和其它功能电路的区域50延伸至芯片底 部，既在矩阵的水平下边缘下方又在斜边的下方，以便优化填充率。电流或电压读取块(30， 30')彼此平行放置，且不产生任何明显的 和不可控的固定模式噪声(FPN)， FPN与二维结构有关。至于行选择 电路(20)，其仅处理二进制数据，因此对与二维结构有关的固定噪声 不敏感，这将由其在垂直列和沿着斜面中位置产生。块30'并非必须占据矩阵水平底部的全部宽度Ll 。图8示出了另一个实施例，其中所有读取块在单一水平排30中 在宽度L1内并排放置，所述宽度L1小于L，且其优选地或多或少为 矩阵水平底部的宽度L'。以小于矩阵的列的间距、即小于行像素的间 距的间距并置块。间距与像素列的间距成L1/L的比例(实际中约为 L7L，并且例如若L'-L/2，则L7L为1/2)，以致将所有读取块安装在 宽度L1内。如果列的间距约为IO微米，那么很容易将具有少量晶体 管的电流或电压读取块安装在5微米的间距内。如果存在列选择电路40，那么将其设置在读取块排30的下方， 并且列选择块具有与读取块相同的间距。列导线总线80 (左侧)和列导线总线卯(右侧)沿着各自的斜 边(对于左侧总线80而言是在矩阵和行解码器之间)和沿着矩阵的 水平下边缘(在矩阵和读取块之间)延伸。它们使得每条列导线都能 到达单排30中对应的读取块，无论该列导线来自于左斜边或右斜边， 还是来自于矩阵的下边缘。由于在矩阵的像素列的下方没有设置读取 块，即使对于向下行进到水平边缘的列，由于读取块的间距与矩阵的 像素列的间距不同，因此这些总线仍是必须的；矩阵中仅有一个或两 个中心列在对应的块上结束。图9示出了图8所示布置的放大图，以便更清楚地说明导线总线 80的结构。其包括例如来自终止于矩阵的水平下边缘上的列Ca的导 线80a，该导线80a延伸至读取块30a，所述读取块30a位于矩阵的 水平下边缘下方、但并不位于列Ca的对面。其还包括例如来自终止 于斜边上的列Cb的导线80b，该导线80b延伸至位于矩阵水平下边 缘下方的读取块30b。能够用一个或多个金属化层来生产导线80，使 用几个重叠的层减少了总线的宽度。像素列的间距为P。读取块的间距为P.(L1/L)，其小于P。本发明尤其可应用于口腔内牙科影像学图像传感器，其尺寸和患 者舒适性是重要参数。在这种情况下，芯片的尺寸可以是每侧约为20mm，例如宽度L 为20 mm和底部宽度L'为10毫米，即大约为一半。
权利要求
1、一种具有切割角的矩形集成电路芯片的图像传感器，包括具有水平行和垂直列的光敏元件的矩阵(10)，所述矩阵具有水平宽度为L的常规矩形形状和四个斜面，所述传感器包括数量同矩阵的列一样多的电流或电压读取块，以便读取由列的所述光敏元件检测的并通过与该列所链接的列导线传送的图像信号，其特征在于，所述电流或电压读取块沿着所述矩阵(10)中宽度为L′的水平边缘成排放置(30，30′)，并且全部容纳在垂直条内，所述垂直条的宽度L1基本上小于所述矩阵的最大宽度L。
2、 如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述电流或 电压读取块放置在宽度Ll的条内，所述宽度Ll基本上等于所述矩 阵在所述矩阵的斜面之间的水平边缘的宽度L'。
3、 如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述读取块 放置成水平的两排(图7中的30， 30')， 一排位于另一排的下方，将 与沿着所述斜边终止的列链接的块，设置在与沿着所述矩阵的所述水 平边缘终止的列链接的块的下方，并且在两排中所述块的间距相同。
4、 如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述读取块的所 述间距同与其链接的所述列的间距相同。
5、 如权利要求3所述的传感器，其特征在于，导线总线(60)沿着 斜面延伸，以便将终止在该斜面上的所述列导线连接到所述第二排的 读取块(30')。
6、 如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述导线总线(60) 沿着在所述矩阵和用来选择所述图像行的行选择块(20)之间的斜面延 伸。总磁场中的差别所导致，随着R值增加而变得越来越严重。因此，在此提供旋转磁场的方法，其克服了现有技术的以上涉及的问题。特别地，图24描述了用于旋转半导体工艺腔室中磁场的方法2400的一个实施 方式的简化流程图。该方法2400在步骤2402开始，其中主磁场形状被限定。 接下来，在步骤2404，磁场变化为第一过渡磁场形状。在一个实施方式中， 到第一过渡磁场形状的变化通过改变施加到腔室各个线圈的电流来完成。在步 骤2406，磁场改变为第二过渡磁场形状。可选地，在步骤2408，磁场可改变 为另外的过渡磁场形状直到最终，在步骤2410，磁场改变为旋转的主磁场形 状。在一个实施方式中，旋转的主磁场形状可以为旋转卯度的主磁场形状， 由于腔室和线圈的四个折叠对称性。预期旋转的主磁场形状可以不同于旋转 卯度的主磁场形状。在步骤2412，步骤2404至2410可随需要重复以继续旋 转磁场。通过提供在每个主磁场形状之间的多个过渡步骤，方法2400有利地 使得RF调谐电路有时间与由在磁场中下一个变化前磁场中的变化所引起的新 等离子体阻抗匹配。因此，RF调谐电路在失谐条件下消耗较少时间，并且， 对于具有机械调谐部件的RF调谐电路，具有减小的磨损。可选地，在整个方法中指向或指出腔室的总磁场强度可通过选择施加到各 个线圈的电流而保持恒定。通过在整个过渡的每个步骤中，保持基本恒定的磁 场强度，将使磁场强度变化对等离子体的影响最小化，进一步降低了RF调谐 电路的应变(strain)。可选地或者组合地，方法2400可仅为单一线圈提供在 任意随后步骤之间通过零电流点(即，从正到负电流过渡或反之亦然)移动。 通过控制经过零电流的线圈以具有它们时间交错的零电流力矩，磁场变化的值 和对等离子体的影响进一步降低。以上方法2400反映了用于旋转工艺腔室中的磁场的两个有利准则。首先， 在任意时间指入(和指出)腔室的磁场量大约相同。因而，在蚀刻步骤期间， 磁场的每个主形状和在主形状之间的过渡具有大约相同的磁场强度。第二，每 个大线圈(例如，所有四-线圈腔室的四个线圈和八-线圈腔室的四个大线圈) 不同时经过零电流过渡，指在相同的两个步骤之间。因而，方法2400有利地 最小化磁场强度的变化和这些变化对等离子体的影响。可选地，在一些实施方 式中，在旋转期间，磁场的强度可控制为在所施加的最大强度的20%内，或在 一些实施方式中，在10%内。如以上所讨论，使磁场的强度变化最小方便地有
全文摘要
本发明涉及使用具有切割角的芯片的图像传感器。该传感器包括具有切割角的芯片，该芯片包括具有光敏元件的水平行和垂直列的矩阵(10)，该矩阵具有水平宽度为L的常规矩形形状和四个斜面，该传感器包括数量同矩阵的列一样多的电流或电压读取块，以便读取由光敏元件检测到的图像信号，其特征在于该电流或电压读取块沿着矩阵中宽度L′的水平边缘成排放置(30，30′)，并且全部容纳在垂直条内，垂直条的宽度L1基本上小于矩阵的最大宽度L。有两排重叠的电流读取块，其具有以与像素列相同的间距分布的块，或者是以小于像素列的间距分布具有读取块的单排。本发明可用于CMOS工艺的口腔内影像学传感器。
文档编号A61B6/14GK101222877SQ200680023492
公开日2008年7月16日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年7月1日
发明者G·舍纳博, T·利戈扎特 申请人:E2V半导体公司