具有全局分离的色带的图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及电子彩色图像传感器，尤其涉及用于制造小型摄影装置或照相机（例如，可以将其结合到移动电话当中）的非常小的传感器。所述传感器设有光学系统，所述光学系统用于将所要观察的景物投射到在与所述光学系统集成的同一单块半导体芯片上制造的感光区阵列上；这一光学系统包括几个光学组件（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）和被划分为至少两个能够单独读取的矩阵（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）的感光区阵列，将每一光学组件设计为将所要观察的整个景物投射到相应的矩阵上，两个不同颜色的均匀滤波器（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）分别置于所述的各个矩阵之上，从而使单一颜色的光通向每一矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子彩色图像传感器，尤其涉及用于制造小型摄影装置或照相机(例如，可以将其结合到移动电话当中)的非常小的传感器。
技术介绍
我们希望能够尽可能以成本最为低廉的工艺制造整个照相机，同时又能满足不断提高的分辨率、比色质量和紧凑性要求。可以通过下述方式制造彩色图像传感器对硅晶片的正面进行各种操作，例如，设置掩模、杂质注入、具有各种成分的临时层或定型层的淀积、对这些层的蚀刻、热处理等；采用这些操作界定感光点矩阵和用于处理与这些点相关的电信号的电路；之后，在所述硅晶片的正面上淀积滤色器层，对它们进行单独蚀刻，以界定矩阵图案；所述矩阵包括处于行和列中的、针对传感器的每一像素的、由三个或优选四个不同颜色的滤色器构成的组。每一基本滤光器位于相应的感光区之上，用于接收单一颜色的光。位于紧邻的感光区上的紧密相邻的滤光器具有不同的颜色。因此，每一像素理论上包括位于界定像素的四个相邻感光区上的四个滤色器(通常两个为绿色，一个为红色，一个为蓝色)。由于分辨率高的缘故，相邻区域相互靠得非常近，因而存在相当的产生光串扰的风险，所述光串扰或者是由于以某一感光区为目标的某些光落在了相邻区域上导致的，或者是由于某一感光区内的一些光生电子实际上被相邻的区域俘获所导致的。当然，其给空间分辨率造成了一定的损失，其主要影响具有高空间频率的图像景物。但是，最重要的是，在涉及到比色法时，相邻区域之间的这一光串扰现象被证明是非常关键的即使只具有低空间频率的图像区域(例如，具有均匀的红色的图像区域)也有可能受到影响——由于对应于其他颜色的相邻像素系统地探测到并非以其为目标的电子，因而颜色品质受到了系统地降低。由均匀红色区域产生的电子图像不再是红色，而是包括绿色和蓝色成分。这一导致了比色法的劣化的光串扰在CMOS技术中尤为敏感，因为在该技术中，串扰源自位于滤色器和感光区之间的层的大高度(几微米)。在彩色图像传感器中还存在其他比色法问题，尤其是网纹干扰问题，该问题是由所执行的内插处理导致的，执行该处理的目的在于向某些像素提供第一颜色的亮度值，所述像素并不对应于这一颜色，但是其位于显示该颜色的两个像素之间。在专利FRA2829289中公开了一种具有减薄的衬底的结构，由此降低比色质量缺陷问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种改进比色法的方式，其既适用于常规结构，也适用于减薄衬底的结构，而且适用于任何采用了该技术的应用(CMOS或非CMOS)。本专利技术的主题是一种设有光学系统的彩色图像传感器，所述光学系统用于将所要观察的景物投射到在与所述光学系统集成的同一单块半导体芯片上制造的感光区阵列上，其特征在于，感光区阵列被划分为至少两个能够单独读取的矩阵且所述光学系统包括几个光学组件，将每一光学组件设计为将所要观察的整个景物投射到相应的矩阵上，两个不同颜色的均匀滤光器分别置于所述的各个矩阵之上，从而使单一颜色的光通向每一矩阵。因此，并不是采用不同滤色器覆盖传感器的相邻像素，而是使得所有的矩阵当中的每一个矩阵被单色滤光器覆盖，所述单色滤光器不同于相邻矩阵的单色滤光器。目前，已知能够生产出具有非常短的焦距的光学系统，所述光学系统能够将景物的聚焦图像投射到具有几十万像素的矩阵上，所述矩阵的每一边具有几毫米的尺寸。可以在传感器的组合制造过程中将这些系统制造并安装到所述传感器上，也就是说，在将硅晶片划分为单独的传感器之前，将其制造并安装到所述晶片上。因此，有可能集合制造包括很多相对于彼此得到了非常精确的定位的光学组件的板，以及集合制造承载了各个传感器的硅晶片，通过与所述光学组件相同的方式使所述传感器的矩阵得到非常精确的定位，可以将所述板和所述晶片并置，从而使每一光学组件面对相应的感光矩阵；之后，将所述晶片/板组合件划分为单个传感器，每一传感器包括几个光学组件和几个矩阵，其能够以针对每一矩阵的相应单色接收所要观察的景物的完整图像。在实践中，采用四个矩阵，如果所述矩阵为正方形，那么将这些矩阵布置在正方形中，如果所述矩阵为矩形，那么将这些矩阵布置在矩形中，沿所述正方形或矩形的对角线放置两个与绿色滤光器相关的矩阵，沿另一对角线放置另两个矩阵，其中一个与红色滤光器相关，另一个与蓝色滤光器相关。将来自同一个传感器芯片的不同矩阵的信号结合起来，从而以各种不同的颜色提供图像的总体表现。所述结合操作只是简单地将接收自位于不同矩阵内并且在各个矩阵内处于相同的相对位置的几个(四个)区域的光通量，分配给电子彩色图像的同一点(一个点包括几个彩色分量)，而不是将接收自同一矩阵的几个相邻感光区的光通量分配给该点。所述相对位置将考虑定位缺陷，其表示在光学组件的中心和对应矩阵的中心之间可能存在偏移，所述偏移对于各个不同的光学组件可能是不同的。本专利技术使得解决，至少部分解决在某些情况下现有技术所面临的比色法问题成为了可能。这是因为，现在相邻感光区之间生成的串扰仅作用于同一颜色的像素之间。如现有技术中所述，这一串扰将通过分辨率的丧失而表现出来，这是不可避免的，并且必然导致对比色法的损害。这一解决方案假设，在理论上，将所要观察的景物的图像以相同的方式准确地投射到各个矩阵上，那就是，将所要观察的景物的任何一个图像点以相同的相对位置投射到四个矩阵上。但是，如果所述光学组件的精确度不足以确保这一相对位置的一致性，那么稍后将看到，可以找到至少部分补偿这些位置误差的电子校正措施。具体而言，所述矩阵优选大于所要观察的景物的图像。通过这种方式，假设由于所述光学组件和所述矩阵之间的相对定位缺陷的原因而没有将所要观察的景物的中心点准确地投射到四个矩阵的中心，那么有可能校准所述定位误差，之后在不损失图像片段的情况下使各个矩阵输出的信号发生与所观察到的误差成比例的电子偏移，所要观察的景物的整个图像仍然被投射到四个矩阵上，即使所述图像的中心不再准确地落在这些矩阵的中心上。应当指出，只有当与两个光学组件的中心的间隔相比较，从对象到传感器的距离非常大时，由两个并排设置的光学传感器投射到两个等同的矩阵上的对象图像的中心才会以同样的方式定位在两个矩阵上。如果将所述对象置于非无穷远处，那么对象靠得越近，投射到两个矩阵上的图像就越倾向于相互远离。可以将所述偏移作为对象距离的函数(对于给定的光学组件间隔而言)计算，可以将这一偏移考虑在内，从而使各个矩阵提供的图像变为点对点对应。两个相邻矩阵上的图像之间的相对偏移与对应光学组件的间隔成正比，与对象的距离成反比。根据本专利技术的一个重要特征，可以在如下情况下计算这一偏移，即，所述传感器包括两个针对绿色的矩阵，一个针对红色的矩阵和一个针对蓝色的矩阵。在这种情况下，如果希望拍摄非常近的对象(例如，所处的距离小于矩阵焦距的N倍，其中，N是投射到矩阵上的一行图像的像素的数量)，那么将利用这一事实，即分隔对应于绿色矩阵的两个光学组件的距离与分隔与红色和蓝色矩阵相关的组件的距离相同。其目标在于通过图像相关算法寻找使两个绿色矩阵的图像最佳重叠的偏移，并由其推断必须使不同的绿色、蓝色和红色矩阵发生的偏移，从而在四个矩阵的像素之间建立图像对应。根据本专利技术的另一特征，为了改进比色法，将不再采用两个绿色矩阵、一个红色矩阵和一个蓝色矩阵，而是提供四个覆盖着四种不同的滤色器，尤其是红色、绿色、蓝色和青色滤色器的矩阵。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设有光学系统的彩色图像传感器，所述光学系统用于将所要观察的景物的图像投射到在与所述光学系统集成的同一单块半导体芯片上制造的感光区阵列上，其特征在于，所述光学系统包括几个光学组件（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）且所述感光区阵列被划分为至少两个能够单独读取的矩阵（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４），将每一光学组件设计为将所要观察的整个景物投射到相应的矩阵上，两个不同颜色的均匀滤光器（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）分别置于所述的各个矩阵之上，从而使单一颜色的光通向每一矩阵。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2004-12-24 04/139611.一种设有光学系统的彩色图像传感器，所述光学系统用于将所要观察的景物的图像投射到在与所述光学系统集成的同一单块半导体芯片上制造的感光区阵列上，其特征在于，所述光学系统包括几个光学组件(L1，L2，L3，L4)且所述感光区阵列被划分为至少两个能够单独读取的矩阵(M1，M2，M3，M4)，将每一光学组件设计为将所要观察的整个景物投射到相应的矩阵上，两个不同颜色的均匀滤光器(F1，F2，F3，F4)分别置于所述的各个矩阵之上，从而使单一颜色的光通向每一矩阵。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，将所述感光区阵列划分为设置于正方形中的四个矩阵，两个沿所述正方形的对角线布置的矩阵与绿色滤光器相关，另外两个布置在另一对角线上的矩阵中的一个与红色滤光器相关，另一个与蓝色滤光器相关。3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，其包括至少一个校准寄存器，所述校准寄存器含有所述光学组件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L布里索，
申请(专利权)人：E二V半导体公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]