专利名称：彩色摄像机集成电路芯片的制作方法
技术领域：
本发明适用于采用标准集成电路工艺来实现彩色摄像机芯片和黑白摄像机芯片的半导体集成电路的设计与制造。
本发明是一种具有检测图象、分辨色彩以及均衡配色等功能的MOS光电二极管阵列芯片，这种设计可与用光电二极管阵列实现彩色感光的系统级构设方法相比较。系统级构设方法采用多个光电二极管阵列、分立的滤色器以及外接增益电路，因而导致较高的成本。在采用多个分立光电二极管阵列时，各个阵列上的图象事实上具有轻微差异，系统级电路还需对此进行误差修正。
本发明的另一方面是采用多通口的光电二极管。这意味着能够完全隔开光电二极管读出与写入的数据通道。
本发明的目的是使一种MOS光电二极管的阵列器件能够检测彩色图象并向显示器件或其他读出器件精确输出。可以通过增加MOS的工艺步骤使在MOS半导体片上有选择地镀覆一层电钝化的滤色片，为光电二极管感光单元提供感色度来实现此项目的。
本发明涉及用集成电路作为彩色图象检测系统的部件，这种系统中的集成电路具有如下特点芯片上的色彩分辨，例如，和光电二极管相结合的多重滤色片能够提供感色度。
为各种彩色信息的讯号设置分开的讯号通道，能向读出器件传送分解的色彩。
有和每个检色单元或是和检测特定色彩的每行检色单元紧密结合的电荷放大器。由于来自感光阵列中曝光光电二极管的净电荷其强度很弱(约为10-14库仑的数量级)，因而这一点是很必要的。
为了减少各个通道中的寄生效应，对各检测单元中的光电二极管有可供选用的分开的(或多重)读出和写入的通道。由于光电二极管的讯号强度很弱，这一点是十分重要的。
芯片上的均衡配色构造，其中每种彩色讯号的强度可以用系数来调整，此系数可以通过硬件电路或暂时存入芯片上的存贮器内的信息来提供。
对光电二极管阵列之内的检测单元进行可供选择的交错的布局排列，以使检测单元之间的非感光区构成无规则排列。这就避免了由于非感光区规则行列所造成的分辨率的显著降低。
对各组检测单元之内的红绿蓝(RGB)检测单元进行有选择的无规则排列。例如，可以把一组检测单元按红-绿-蓝排列，而另一组则按绿-红-蓝排列。这样的排列，将会进一步减少图象讯号的各个彩色成分之间的并行误差。
图1为本发明一种具有检测图象、分辨色彩以及均衡配色等功能的MOS光电二极管阵列芯片的示意框图。
图2为本发明一项实施例采用N沟道MOS工艺实施的一个兰色检测单元的剖面结构示意图，图中1为半导体衬底，2为光电二极管，3为共用扩区，4为读出控制，5为写入控制，6为氧化层，7为兰滤色片，8为入射光，9为兰光。
图3为在MOS半导体片上形成滤色片与微型透镜的剖面结构示意图，图中1为半导体衬底，2为光电二极管，7为兰滤色片，11为红滤色片，12为绿滤色片，13为微型透镜，14为透明无色薄膜。
图4为“蜂窝”状感光单元组阵列排列示例图。
图5为每个象素组中感光单元的无规则排列示例。
图6为自动聚焦设计框图，图中21为透镜，22为光信息，23为芯片，24为视频输出，25为清晰度信息，26为调节透镜的伺服电机控制器。多通口光电二极管感光单元在现有设计中，每个检测单元中的光电二极管是和单一晶体管相结合的。因此，无论是向光电二极管读出还是写入，均共用这一通道。这意味着在此共用数据通道中具有较多的寄生效应。本发明试图通过使一个以上的晶体管与各个光电二极管相结合，以减少这些寄生效应，并简化读出和写入的译码逻辑。在用MOS结构实施时，可以通过采用共有一块扩散区3的诸晶体管实现这样一个整体设计。扩散区3同时会起到光电二极管2的作用。以0.6微米的工艺条件为例，具有两个晶体管4和5所需增加的栅和源区并未明显增加器件的尺寸，这是因为这些增加的区域与共用的扩散区3相比起来是很小的。对于更为复杂的设计，使两个以上晶体管与各个光电二极管相结合，可能会更有效益。这就会为光电二极管提供多个读出或写入的通道。
在这样的实施状况下，必须为来自各个检色阵列单元的不同彩色讯号提供隔开的读出讯号通道。由于来自各个光电二极管的净电荷讯号很弱(约为10-14库仑的数量级)，与各个检色单元或是与各行特定彩色的检色单元紧密地结合一个电荷读出放大器，就成为十分必要了。芯片上的色彩分辨芯片上滤色片实施的优点之一在于，紧邻或交错的感光单元可以组合起来去传感与图象中的象元相关的那个彩色。组合内感光单元的紧密相邻能使这种感光单元的单块阵列用来感受一个彩色图象。这既节约了成本，又比用多块连带有滤色片的分开的阵列感光技术提高了色彩再现的精度。在后者情况下，将会难以保证入射到各个阵列上的正好是同一图象，且难以保证图象快照在分开阵列中是在同一取样的时间内检测到。
在半导体圆片完成了标准集成电路工艺步骤之后，再为它增加滤色片。滤色片镀膜工艺可以在加工车间或在分开的场所进行。
滤色片11、12、13镀覆在半导体片上是每次镀覆一种色彩。通常情况下滤色片是用一层一层透明的无色薄膜14隔离的，其作用是使滤色片直接定位在感光阵列的每个光电二极管2之上。
为了减少入射光的衍射，在每个光电二极管上加设一个微型透镜13。这种透镜可以是有色也可以是无色的，它与其下面的无色层14相比具有不同的光学密度。
还可以通过在滤色层上外加电激励的办法实现对每个滤色片光学特性的差别。这种激励在芯片上或芯片外均能产生，不管是其中的哪一种情况，每组彩色组合传感单元实质上都是由单一光电二极管与一个随时间变动颜色的滤色片结合组成。象素组的交错排列倘若光电二极管阵列采用规则的栅格状矩形感光单元行列排列，在阵列中就会有非光敏区的行和列。
通过使感光单元交错排列就能避免发生这样的问题，代表单一象元的每组感光单元相对于邻近组作交错排列。这样就使非光敏区弥散，使图象质量更佳。
下面是感光单元组交错排列的一项示例，其中每组感光单元有一规则六边形的配置。这样就使这种感光单元组的阵列排列成“蜂窝”状。感光单元交错排列的想法也可运用于黑白图象的感光阵列。在每个象素组中感光单元的无规则排列每组感光单元构成单一象素，其中的红绿兰感光单元为可供选择的无规则排列。例如，一组感光单元可能是排列成红—绿—兰，而另一组则排列成绿—红—兰。这样的排列将进一步减少在总体图象讯号的各个彩色成分之间的显著并行误差。芯片上的均衡色彩芯片的均衡配色构造确保经过恰当色彩均衡之后芯片最终输出的讯号能够适应使用者的喜爱。色彩均衡是通过一个定标因子对每种彩色讯号进行定标。定标系数可以是由外界输入到芯片存贮器上或者由相应的硬件电路来确定，也可以是由芯片自身在其校定周期期间内确定。定标系数既可以是模拟值，也可以是数字值。
定标工作可以在每个彩色讯号通道的任何位置进行。例如，每个彩色讯号可以在读出放大器中、或在紧随读出放大器的后置放大器中按不同因子进行放大。
倘若图象讯号被变换成数字形式，还可以在讯号通道的数字电路中进行定标；在此情况下，数字定标可以采用使每个彩色讯号按定标系数以固定点或浮动点的形式倍增。
定标系数可以用不同的硬件方式实现。一种方法是对不同的感色单元采用不同的有效感光面积。另一种方法是用电容器或电阻器的比值来标定彩色讯号。在数字领域内，定标系数可存入数字存贮器(如只读存贮器ROM或可编程逻辑阵列PLA)。自动聚焦设计倘若芯片能够输出一个能测量入射到芯片上图象清晰度的讯号，则它就可用于自动聚焦的摄像机系统。最为理想的是，当图象清晰度增加时，此讯号会单调上升。
这将会使摄像机芯片用于自聚焦的智能摄像机系统，此系统安装了一个反馈环路，其中芯片23向伺服电机控制器26输送具有清晰度的信息25(fsharp)，控制器26就会调节透镜21的位置，直至fsharp函数达到它的最大值。
另一种方法是，可以从视频输出24之类的芯片输出讯号在芯片外得到fsharp。
权利要求
1.一种起到彩色图象检测器或是黑白图象检测器的作用并向芯片外的读出或显示器件输出讯号的集成电路，所述集成电路包含一个感光单元组的二维阵列，每组包含多个感光单元；其中每一感光单元有一个光电二极管以及供光电二极管写入和读出的分开或是共用的晶体管，这样的单元借助于一相结合的滤色片，能对一定频率范围的入射光(或其他电磁辐射)敏感；与彩色感光单元紧密结合的电荷读出放大器，每一彩色感光单元可以有它自己的电荷读出放大器，也可以在一行当中(一种特定色彩的)的多个感光单元之间共有电荷读出放大器；为每一象元组内的检测单元分开设置讯号通道，这样的设计保证不致失去个别的彩色信息；通过在集成电路芯片上产生的多个滤色片为芯片提供辨色设计，这样的一种设计使得采用单片的检测器件阵列就能解决在彩色图象感测系统中精确再现彩色图象的问题；芯片的均衡配色构造使在芯片讯号通道的任何地点可对每一彩色讯号进行标定；其中标定值大小的变换可以由外界调节，以形成色度控制和再现较佳彩色。
2.按照权利要求1所述的集成电路，在其检测单个象元的各个检测单元组之内，具有感光单元的交错排列，这样的交差排列，使电路能更好地测出检测单元组之间边界处的亮度变化。
3.按照权利要求1所述的集成电路，在光电二极管阵列的每个象素组中，采用检测单元的无规则布局排列。
4.按照权利要求1所述的集成电路，其中加入了彩色编码电路和功率放大电路，使此器件的输出能够驱动诸如电视接收机之类的标准读出装置或标准显示装置。
5.按照权利要求1所述的集成电路，其中的器件既能输出包罗所有色彩图象信息的合成视频讯号，又能向读出或显示装置输出多个单独色彩或亮度的讯号。
6.按照权利要求1至5所述的集成电路，其所述电路是用下列任意一种工艺实施的CMOS，PMOS，NMOS，Bi-CMOS以及BiMOS。
7.按照权利要求1所述的集成电路，其目的是为检测和/或拍摄静止或移动的图象。
8.按照权利要求1所述的集成电路，制造供便携的轻微型摄像系统。
9.按照权利要求1所述的集成电路，制造供便携的低功率摄像机。
全文摘要
本发明公开了一种彩色摄像机的集成电路芯片，在按三单元一个组合组成的光电二极管阵列中，用不同颜色的滤色片与三单元组中的各个感光单元相结合，由于三单元组中的感光单元相互挨近，且尺寸很小，使它能对被检测图象每个象元的色彩成分进行精密分辨。滤色片是在集成电路表面上的一系列钝化层，可在半导体片经历常规MOS工艺步骤之后镀覆其上，它能有选择地透过一定频率范围内的光或电磁辐射。
文档编号G03B7/00GK1115867SQ9510595
公开日1996年1月31日 申请日期1995年6月2日 优先权日1995年6月2日
发明者梁洁, 黄祥子 申请人:凯利德国际微电子有限公司