专利名称：图像传感器器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测物体的图像的传感器器件，如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。
背景技术：
固态的图像传感器使用在例如视频照相机中，而且固态的图像传感器当前可按照一系列形式实施，其中包括电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器。这些图像传感器的基础是一个两维的像素阵列。每个像素包括能够把一部分光学图像变换成电信号的一个传感元件。然后使用这些电信号在例如一个显示器上再产生光学图像。
然而，最近，CMOS图像传感器变得越来越流行。纯CMOS图像传感器已经从用于微处理器和ASIC(专用集成电路)的CMOS技术的发展中获益，并且与CCD图像传感器相比有几个优点。与先进的信号处理算法相结合的收缩光刻法为在通过使用这些很成熟的CMOS技术所产生的芯片上建立传感器阵列、阵列的控制、以及图像的处理建立了平台。然而，像素不可能收缩太多，否则这些像素的光敏区不够大。尽管如此，收缩光刻法减小了在阵列中连接晶体管和总线的金属线的宽度。在照明图像传感器的前侧，金属线宽度的减小会使更多的硅曝光，借此可提高光的灵敏度。CMOS图像传感器还能较大地节约功率，因为与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器需要较少的电源电压。此外，由于对于CMOS像素进行了改进，所以新开发的CMOS图像传感器可提供高分辨率和低噪声的图像。
在CMOS像素阵列结构中，可以使用有源像素或无源像素。有源像素传感器(APS)在每个像素中都包括放大电路。CMOS有源像素传感器通过在每个像素中包括有源电路，如晶体管，克服了无源像素的缺陷。APS单元在一个积分读出阶段进行操作，所说积分读出阶段是通过在复位控制线和行选择控制线上接收的信号进行控制的。在积分阶段，复位晶体管间歇式地接通和断开。这个复位过程使对应的光二极管的电位在复位电平浮动。光二极管本身包括电容，用于存储一定数量的电荷，电荷的数量正比于从物体反射的辐射强度。这个光生电流使像素电容放电，并且使光二极管的电位下降到由光生电流的量指定的信号值。复位电平和信号电平之间的差正比于入射光，并且构成了视频信号。
与前侧照明的CMOS APS单元有关的问题是，有源电路并且特别是与有源电路有关的金属线将使填充系数减小，所说的填充系数即光敏面积与CMOS APS像素阵列的总像素面积之比。具体来说，复位控制线、行选择控制线、电压源线、金属线、和列输出线全都形成在位于基板上方的二氧化硅绝缘层上。以光子形式出现的光通过绝缘层到达光敏扩散区，借此产生光电反应。与有源电路有关的金属和多晶硅线的存在减小了到达光二极管扩散区的光的数量，由此产生了非最佳填充系数。
如以上所述，减小与切割边缘CMOS制造过程有关的金属线的宽度将使更多的硅曝光。然而，即使非常细的金属线也会产生光阻塞，由此阻止前侧照明的图像传感器实现100％的填充系数。
在当前的市场情况下，传感器必须能够在光强度只可下降30流明的规定下操作。然而，由于上述的问题，CMOS传感器的灵敏度太低，必须进行更多的开发研究才能满足在这些低光强度下的所要求的规定。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的图像传感器器件，它能够在低光强度下操作。
这个目的可通过根据权利要求1限定的传感器器件来实现。因此，可安排发光半导体装置来在快速拍照和/或短视频会议周期期间支持传感器器件。借此，可改善传感器的操作条件，以便提高图像质量并减轻改进传感器灵敏度的努力。
优选地，发光半导体装置可包括至少一个发光二极管。
进而，预定的操作时间周期可对应于检测装置的积分周期。
按照另一个有益的进展，检测装置可包括第一检测表面和第二检测表面，其中对于发光半导体装置进行安排，使其可以向一个物体发出辐射，所说的物体的图像要由所说的第一和第二检测表面中的一个预定的检测表面来检测。在这种情况下，第一检测表面可以是检测装置的前侧，第二检测表面可以是检测装置的经过反向蚀刻的后侧，其中的前侧对应于第一和第二检测表面中预定的一个。由此，通过使用检测装置的两个侧面即前侧和后侧，可以提供两种传感器功能，与此同时只需要使用一个传感器。由于前侧和后侧的灵敏度不同，所以这种传感器可覆盖几种应用。于是，可以提供一种廉价的极小的照相机或传感器模块。进而，导向装置可以包括用于引导辐射到第一检测表面的第一透镜，和用于引导辐射到第二检测表面的第二透镜。第一和第二透镜可以安装在传感器器件的外壳的相对的壁上。
在从属权利要求中限定了另外的一些进展。
下面参照附图基于优选实施例详细描述本发明，其中图1是按照第一优选实施例的图像传感器器件的示意方块图；图2是按照第二优选实施例的双侧照明的图像传感器器件的示意方块图。
具体实施例方式
现在基于CCD图像传感器器件描述这个优选实施例，所说的CCD图像传感器器件可用在传感器和/或照相机模块中，如用于移动电话或类似物中。
图1是按照本发明的第一优选实施例的传感器和/或照相机模块的示意方块图，它包括一个外壳10，其中安排具有传感元件的一个矩阵阵列的CMOS传感器14和一个控制电路11。对于控制电路11进行安排，使其可提供控制CMOS传感器14的读出操作以及向CMOS传感器14提供功率所需的控制信号。然后，在外壳10的接收壁上安装发光二极管(LED)器件12，将CMOS传感器14要检测的物体的辐射引向所说的接收壁。此外，在接收壁的一个对应的开口安装一个光学透镜13，所说的辐射通过光学透镜13被引向CMOS传感器14的检测表面。这种安排的好处是，要通过CMOS传感器14检测的物体可由发光二极管器件12照明或辐射，从而在快速拍照期间或在短视频检测周期期间支持CMOS传感器14。这种图像传感器即使在低光强度情况下也可操作。
如最近开发的，通过使用高效的发光二极管器件，可使功耗保持在很低的水平。具体来说，发光二极管器件12可以包括高功率的“封闭的倒置棱锥(Trunkated-Inverted-Pyramid)(TIP)”AlGaInP/GaP发光二极管、高功率TS AlGaInP发光二极管、或者包括AlInGaP发光二极管和InGaN发光二极管的组合的高通量发光二极管阵列。这样的发光二极管器件提供增大的发光效率，超过50流明/瓦特。
通过只在CMOS传感器14的积分周期期间激励发光二极管器件12可进一步减小功耗。因此，可从控制电路11向发光二极管器件12提供对应的控制信号。进而，可以在发光二极管器件12的前侧提供一个透镜系统(未示出)，用于向要由CMOS传感器14检测的物体引导支持辐射。
因而，即使在低光强度和低功耗下，也能通过传感器器件实现优良的图像质量。
可能出现的情况是，如果在集成电路的后侧入射的足够多的光可以穿过基板，那么就可以使用前侧和后侧这两者的CMOS图像传感器IC(集成电路)，作为CMOS图像传感器14。为了改善灵敏度，要将尽可能多的基板蚀刻掉。然而，要想在低光强度条件下实现CMOS图像传感器14的可接受的特性，这种办法很可能是不够的。因此，在两种情况下，需要发光二极管器件12的支持。
图2是按照本发明的加强型第二优选实施例的两侧照明的传感器或照相机模块的示意方块图。要说明的是，用相同标号表示的部件或元件对应于第一优选实施例的对应的元件和部件，因而这里省去了对它们的详细描述。在第二优选实施例中，可从前侧和后侧照明CMOS图像传感器14，并且在外壳10的相对的壁的对应的开口上安装两个透镜131、132。这样，传感器或照相机模块可用于检测在模块的相对的两侧安排的物体的图像，或者，通过改变模块的检测侧，即通过转动模块，就可控制图像检测操作的灵敏度或应用场合。于是，可以使用传感器器件的两侧来获得一个廉价的极小型的照相机或传感器模块，拓宽应用范围。例如，在移动电话中，客户期望在每个移动电话中有两个传感器来覆盖快速拍照和视频会议能力。通过在两侧照明的CCD传感器14的每一侧加两个透镜，移动电话就可以在保持小尺寸的同时覆盖所有的应用。由此可提供廉价的极小型的照相机模块。进而，发光二极管器件12可以是一个快速切换的、高效率的发光二极管，例如是具有低驱动电压的亮白色的器件。
后侧透镜可以是一个CSM(卡塞格伦施密特曼金)透镜。照这样，CSM透镜不能与微透镜一起使用，而是用在器件的特定的侧面。
如图2所示的CMOS传感器14包括玻璃基板142和经过变薄的或经过反向蚀刻的传感器层141。在文献US6162965和US4507674中描述了背照明的CMOS传感器的例子。在这样的CMOS传感器中，从晶片的后表面去除材料，一直到通过后表面有效地露出图像传感器电路的光敏像素区时为止。这样，响应通过后表面的光(光子)，每个光敏像素区的像素就产生了电子流。由此可消除在本文开始时描述的前侧照明的CMOS传感器的填充系数问题，从而可以实现100％填充系数。这样，在经过反向蚀刻的传感器层141上的检测表面就具有比在玻璃基板142上的检测表面更高的光灵敏度。然而，在前侧检测表面上减小的灵敏度得到了发光二极管器件12的支持，因此解决了在CMOS传感器14的正面上的灵敏度问题。
由于发光二极管器件12的支持辐射将导致功耗的增加和/或对于较长的操作周期不利的事实，所以可将CMOS传感器14的前侧用于短时间的快速拍照，同时将后检测表面用于由于像素阵列的100％填充系数产生的高灵敏度的视频程序。
在第二优选实施例中还有，可以对于控制电路11进行安排，使其仅在CMOS传感器14的积分周期期间才激励发光二极管器件12。因此，在第二优选实施例中，可以提供用于个人计算机照相机、数字静物照相机(DSC)、视频会议设备、移动电话等设备的传感器或照相机模块。
要说明的是，本发明不限于上述的优选实施例，本发明可用于任何图像检测器件中，以便即使在低光强度的情况下也能够操作。发光二极管器件12可由其它的低功率发光半导体器件代替，如激光二极管，可在物体上扫描激光二极管以提供辐射支持。进而，在这种器件内可以使用任何类型的辐射传感器或辐射探测器。因此在所附的权利要求书的范围内优选实施例可以变化。
权利要求
1.一种用于检测物体的图像的传感器器件，所说的传感器器件包括a)检测装置(14)，用于检测从所说物体接收的辐射；b)导向装置(13、131、132)，用于向所说检测装置(14)的检测表面引导所说接收的辐射；c)发光半导体装置(12)，用于向所说的物体发射辐射；d)控制装置(11)，用于在所说检测装置(14)的一个预定的操作周期期间激励所说的发光半导体装置(12)。
2.根据权利要求1所述的传感器器件，其中所说的发光半导体装置包括至少一个发光二极管(12)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器器件，其中所说的预定的操作时间周期对应于所说检测装置(14)的积分周期。
4.根据前述权利要求中任何一个所述的传感器器件，其中所说的检测装置(14)包括第一检测表面和第二检测表面，并且其中对于所说的发光半导体装置(12)进行安排，使其可向一个物体发射辐射，所说物体的图像由所说第一和第二检测表面中的预定的一个检测表面检测。
5.根据权利要求4所述的传感器器件，其中所说的第一检测表面在所说检测装置(14)的前侧，所说的第二检测表面在所说检测装置(14)的经过反向蚀刻的后侧，并且其中所说的前侧对应于所说的第一和第二检测表面中的预定的一个检测表面。
6.根据权利要求4或5所述的传感器器件，其中所说的导向装置包括用于引导辐射到所说第一检测表面的第一透镜装置(131)和用于引导辐射到所说第二检测表面的第二透镜装置(132)。
7.根据权利要求6所述的传感器器件，其中所说的第一透镜装置(131)和第二透镜装置(132)安装在所说传感器器件的外壳(10)的相对的壁上。
全文摘要
本发明涉及用于检测物体的图像的传感器器件，其中的检测装置(14)用于检测从所说物体接收的辐射，所说的检测装置(14)得到发光半导体装置(12)的支持；发光半导体装置(12)用于在检测装置(14)的预定操作周期期间向所说的物体发射辐射。所说的检测装置(14)即使在低光强度条件和低功耗的情况下也可操作。检测装置(14)可以是两侧照明的检测装置，其中的一侧得到发光半导体装置(12)的支持，它的另一侧是经过反向蚀的并且灵敏度提高的一侧。由此可提供廉价的、极小型的、多用途的照相机或传感器模块。
文档编号H04N5/225GK1653803SQ03810910
公开日2005年8月10日 申请日期2003年4月22日 优先权日2002年5月16日
发明者A·P·M·范阿伦多克, N·J·A·范维恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司