Brevet FR2907599A3 — publié le 20080425

FR 2907599 A3 20080425 FR 0702116 A 20070323 1 La présente invention concerne généralement le domaine des circuits intégrés d'images, et notamment un circuit intégré utilisé pour le traitement d'images, du type comportant une couche de capteurs lumineux montée sur la partie supérieure d'une couche de circuit à semi-conducteur afin de réduire la distance à parcourir d'une image photographiée. Les circuits intégrés d'images numériques sont largement utilisés dans une grande variété de dispositifs de photographie, par exemple, les appareils photo-numériques, les caméras vidéo-numériques et les téléphones mobiles ayant une fonction photographique. Dans l'ensemble de ces dispositifs, le circuit intégré d'images convertit une image analogique en un signal numérique pour que le dispositif photographique numérique procède au traitement, à l'affichage et au stockage. Un circuit intégré d'images classique est illustré sur la figure 1, et est désigné généralement par la référence 1. Le circuit intégré d'images 1 comprend un filtre coloré 2, une couche de dispositif à semi-conducteur 3, et une couche de capteurs 4. Le filtre coloré 2 est subdivisé en une pluralité d'unités de filtre 2a, chacune étant responsable du filtrage des composantes lumineuses RVB d'une image photographiée. Le filtre coloré 2 est agencé sur la partie supérieure de la couche du dispositif à semi-conducteur 3. La couche du dispositif à semi--conducteur 3 est également subdivisée en une 2907599 2 pluralité de zones d'entrée de lumière 3a correspondant aux unités de filtre 2a du filtre coloré 2. La zone d'entrée de lumière 3a doit s'étendre verticalement au travers de la couche du dispositif à semi- 5 conducteur 3, de haut en bas, ce qui permet aux composantes de couleur RVB filtrées à travers chaque unité de filtre 2a de traverser la zone d'entrée de lumière 3a, et de sortir par la partie inférieure de la couche du dispositif à semi-conducteur 3. 10 La couche de capteurs 4 est quant à elle agencée sur la partie inférieure de la couche du dispositif à semi-conducteur 3, et la surface de la couche de capteurs 4 comporte une pluralité d'unités de capteur 4a et de bornes 4b. Chaque unité de capteur 4a 15 correspond à l'une des zones d'entrée de lumière 3a dans la couche du dispositif à semi-conducteur 3, afin de recevoir les composantes de couleur RVB filtrées à travers l'unité de filtre 2a correspondante du filtre coloré 2. Les unités de capteur 4a détectent la 20 composante lumineuse et produisent un signal électrique induit par la lumière qui sort à travers la borne 4b. La borne 4b est connectée au circuit intérieur de la couche du dispositif à semi-conducteur 3 pour délivrer le signal induit par la lumière de l'image à la couche 25 du dispositif à semi-conducteur 3 pour le traitement, et la couche du dispositif à semi-conducteur 3 produit à son tour un signal/des données d'image numérique. Dans le processus de fabrication du circuit intégré d'images 1 classique, les zones d'entrée de lumière 3a qui sont prévues dans le circuit intégré 1 2907599 3 requièrent que les dispositifs à semi-conducteur et le tracé du circuit intégré 1 soient agencés de manière à ne pas entrer en conflit en termes d'emplacement avec les zones d'entrée de lumière 3a. C'est pourquoi 5 l'agencement des dispositifs à semi-conducteur et le tracé des circuits dans le circuit intégré 1 sont extrêmement délicats, et des couches supplémentaires peuvent être nécessaires pour configurer le circuit intégré 1 spécifique. Ceci entraîne obligatoirement un 10 épaississement de la couche du dispositif à semi-conducteur 3, ce qui donne lieu à une augmentation des coûts et de la taille du circuit intégré d'images 1, et de plus rend inappropriée son utilisation dans l'industrie des dispositifs photographiques numériques. 15 En faisant également référence à la figure 2, lorsque le circuit intégré d'images classique 1 est effectivement appliqué dans des opérations de photographie, la lumière A d'une image photographiée doit tout d'abord traverser une lentille 5, qui 20 réfracte la lumière A vers le filtre coloré 2, puis les zones d'entrée de lumière 3a de la couche de dispositif à semi-conducteur 3, pour atteindre enfin la couche de capteurs 4. Sur l'ensemble du trajet optique très long suivant lequel circule la lumière A, la lumière peut 25 devenir incidente par rapport aux zones d'entrée de lumière 3a de la couche du dispositif à semi-conducteur 3 selon un angle incliné, ce qui amène l'intensité lumineuse de l'image à s'atténuer, et provoque également une distorsion des couleurs. Pour 30 cette raison, les données d'image obtenues par les 2907599 4 unités de capteur 4a de la couche de capteurs 4 peuvent inclure des problèmes tels que le flou, une luminosité atténuée et une distorsion des couleurs. Ainsi, des circuits de compensation sont requis avec le circuit 5 intégré d'images 1 pour stimuler la compensation et la correction des données d'image. Cependant, la compensation et la correction ne peuvent pas rétablir parfaitement l'image, ce qui ne permet pas au circuit intégré d'images 1 classique, utilisé dans la 10 photographie, d'obtenir une bonne qualité de photographie. Dans les techniques antérieures, telles que celle illustrée la demande de brevet américain n 2005/0067668, intitulée Color filter of image 15 sensor, image sensor, and method for manufacturing the image sensor , on décrit une structure de circuit intégré d'images classique, et, bien que la structure de circuit intégré d'images connue ajoute une couche intermédiaire contenant des tracés de fils métalliques 20 entre la couche à semi-conducteur et les filtres colorés pour améliorer la qualité de l'image obtenue, ceci augmente encore le trajet optique de l'image photographiée, provoque une atténuation de la lumière de l'image et aggrave la distorsion des couleurs. En 25 outre, la taille et le volume du circuit intégré d'images augmentent nécessairement, ce qui rend encore plus complexe et coûteux d'établir les tracés de semiconduction. Ainsi, un objet de la présente invention consiste 30 à fournir une structure de circuit intégré d'images, 2907599 5 dans laquelle une couche de capteurs lumineux est directement montée sur la partie supérieure d'une couche de circuit à semi-conducteur pour réduire au minimum le trajet optique de l'image photographiée, 5 maintenir l'intensité lumineuse de l'image photographiée sans provoquer d'atténuation de l'intensité lumineuse, et montrer parfaitement l'image réelle et la qualité des couleurs. Un autre objet de la présente invention consiste 10 à fournir une structure de circuit intégré, qui ne nécessite pas d'installer une conduite d'entrée de lumière, de manière à permettre aux dispositifs à semi-conducteur et à la conception de tracé du circuit de la couche de circuit à semi-conducteur de devenir plus 15 simples, et aussi de réduire le coût du dispositif à semi-conducteur et de faciliter la conception de tracé du circuit. Un autre objet de la présente invention consiste à fournir une structure de circuit intégré, dont la 20 taille est réduite considérablement afin de permettre une utilisation dans le secteur de la photographie numérique. Pour réaliser les objets ci-dessus, la présente invention fournit une structure de circuit intégré 25 d'images comprenant une couche de capteurs lumineux et une couche de circuit à semi-conducteur, dans laquelle la couche de capteurs lumineux reçoit et convertit la lumière d'une image photographiée en un signal électrique induit par la lumière correspondant pour 30 émission. La surface inférieure de la couche de 2907599 6 capteurs lumineux est munie d'une pluralité de bornes conductrices pour émettre le signal électrique induit par la lumière. La couche de circuit à semi-conducteur est connectée aux bornes conductrices sur la partie 5 inférieure de la couche de capteurs lumineux afin de délivrer les signaux électriques induits par la lumière à la couche de circuit à semi-conducteur. La couche de circuit à semi-conducteur reçoit et traite le signal électrique induit par la lumière et génère à son tour 10 un signal/des données d'image numérique de manière à réaliser la reconfiguration de l'image de façon réaliste, ce qui réduit le coût de production et de tracé des circuits à semi-conducteur, ainsi que la taille du circuit intégré d'images. 15 Plus précisément, la structure de circuit intégré d'images est caractérisée en ce qu'elle comprend : une couche de capteurs lumineux, qui reçoit et convertit la lumière d'une image photographiée en un signal électrique induit par la lumière respectif pour 20 l'émission et une charge électrique en vue du stockage, la partie inférieure de la couche de capteurs lumineux présentant une pluralité de bornes conductrices à travers lesquelles les signaux induits par la lumière sont émis ; et 25 une couche de circuit à semi-conducteur montée sur la partie inférieure de la couche de capteurs lumineux et connectée aux bornes conductrices prévues sur la partie inférieure de ladite couche de capteurs lumineux afin de recevoir et de traiter les signaux 30 induits par la lumière fournis par la couche de 2907599 7 capteurs lumineux, de manière à produire des signaux de données d'image numérique correspondants. De préférence, la couche de capteurs lumineux comprend une pluralité d'unités de capteur. 5 Avantageusement encore, la structure comprend en outre une couche de filtres colorés agencée sur la partie supérieure de la couche de capteurs lumineux. De préférence aussi, la couche de filtres colorés est liée de façon adhésive à la couche de capteurs 10 lumineux, ou en variante est déposée sur la couche de capteurs lumineux, la couche de filtres colorés pouvant comprendre une pluralité d'unités de filtre. Ces objets, caractéristiques et avantages de la 15 présente invention, ainsi que d'autres, vont apparaître évidents aux spécialistes de la technique, à partir d'une lecture de la brève description suivante des dessins, et de la description détaillée des modes de réalisation préférés. 20 La présente invention va apparaître évidente aux spécialistes de la technique à partir de la lecture de la description suivante des modes de réalisation préférés de celle-ci, en faisant référence aux dessins joints, parmi lesquels : 25 la figure 1 est une vue éclatée d'un circuit intégré d'images classique ; la figure 2 est une vue en coupe transversale du circuit intégré d'images de la figure 1 ainsi que d'une lentille qui concentre la lumière reçue sur le circuit 30 intégré d'images classique ; 2907599 8 la figure 3 est une vue en perspective d'un circuit intégré d'images configuré selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 4 est une vue éclatée du circuit 5 intégré d'images de la figure 3 ; la figure 5 est une vue en coupe transversale du circuit intégré d'images de la figure 3 ; la figure 6 est une vue en coupe transversale similaire à la figure 5, illustrant le trajet optique 10 d'une image photographiée du circuit intégré d'images ; la figure 7 est une vue en perspective d'un circuit intégré d'images configuré selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 8 est une vue éclatée du circuit 15 intégré d'images de la figure 7 ; la figure 9 est une vue en coupe transversale du circuit intégré d'images de la figure 7 ; la figure 10 est une vue en coupe transversale similaire à la figure 9, illustrant le trajet optique 20 d'une image photographiée du circuit intégré d'images ; et la figure 11 est une vue en coupe transversale montrant un appareil photo-numérique dans lequel le circuit intégré d'images de la présente invention est 25 appliqué. En faisant référence aux dessins, et notamment aux figures 3 et 4, qui montrent un circuit intégré d'images 100 configuré selon un premier mode de réalisation de la présente invention, le circuit 30 intégré d'images 100 comprend une couche de capteurs 2907599 9 lumineux 10, qui contient une pluralité d'unités de capteur 11, chacune détectant la lumière qui forme une image photographiée, et convertissant la lumière en un signal électrique induit par la lumière correspondant 5 pour émettre et stocker la charge électrique de celui-ci. Sous la couche de capteurs lumineux 10, il est prévu une pluralité de bornes conductrices 12, chacune étant connectée à une unité de capteur 11 respective, et transmet le signal électrique induit par la lumière 10 pour l'émission. Une couche de circuit à semi-conducteur 20 est agencée sur la partie inférieure de la couche de capteurs lumineux 10. La couche du circuit à semi-conducteur 20 contient une pluralité de dispositifs à 15 semi-conducteur et de tracés de circuit, remplissant les fonctions de numérisation et de production de signaux d'image. La partie supérieure de la couche de circuit à semi-conducteur 20 est connectée aux bornes conductrices 12 sous la couche de capteurs lumineux 10, 20 et la connexion permet au signal électrique induit par la lumière produit par chaque unité de capteur 11 de la couche de capteurs lumineux 10 d'être transmis aux dispositifs à semi-conducteur correspondants et aux tracés de circuit à l'intérieur de la couche de circuit 25 à semi-conducteur 20 pour un traitement ultérieur afin de produire les signaux/les données d'image numérique correspondant à l'image photographiée. En faisant référence aux figures 5 et 6, qui illustrent le trajet optique de l'image photographiée 30 du premier mode de réalisation préféré de la présente 2907599 10 invention montré sur la figure 3 et sur la figure 4, la lumière B de l'image photographiée traverse une lentille 200 où elle concentre et réfracte la lumière B vers les unités de capteur 11 de la couche de capteurs 5 lumineux 10, permettant à la lumière B de parcourir un très petit trajet vers le circuit intégré d'images 100, sans qu'aucunes zones d'entrée de lumière ou aucuns canaux lumineux ne soient prévus. Ce mécanisme peut rétablir de façon tout à fait réaliste la qualité 10 lumineuse de l'image photographiée et la couleur grise, et aussi réduire considérablement le coût du suivi lors de la stimulation de la conception de compensation. Les figures 7 et 8 illustrent un circuit intégré d'images selon un deuxième mode de réalisation de la 15 présente invention, qui est également désigné par la référence 100 pour plus de simplicité. Le circuit intégré d'images 100 du deuxième mode de réalisation comprend une couche de capteurs lumineux 10 et une couche de filtres colorés 30, qui contient une 20 pluralité d'unités de filtre 31 montées sur la partie supérieure de la couche de capteurs lumineux 10. Chaque unité de filtre 31 est utilisée pour filtrer les composantes lumineuses de couleur rouge, verte et bleue de l'image photographiée, et amener la lumière filtrée 25 de l'image photographiée à travers la partie inférieure de chaque unité de filtre 31. L'unité de capteur 11 de la couche de capteurs lumineux 10 reçoit la lumière colorée filtrée de l'image photographiée qui passe à travers la partie 30 inférieure de l'unité de filtre 31 de l'unité de 2907599 11 filtres colorés 30, et la convertit en un signal électrique induit par la lumière respectif pour l'émission et une charge électrique en vue du stockage. Les bornes conductrices 12 agencées sous la couche de 5 capteurs lumineux 10 transmettent ensuite le signal électrique induit par la lumière produit par chaque unité de capteur 11 dans la couche du circuit à semiconducteur 20 pour un traitement ultérieur, afin de fournir des signaux/des données d'image numérique 10 correspondants pour l'image photographiée. Le type de liaison entre la couche de capteurs lumineux 10 et la couche de filtres colorés 30 ne se limite pas à un type spécifique. Une liaison à base d'adhésif est prise comme exemple illustratif dans le 15 cas présent. D'autres structures équivalentes, telles que la formation de la couche de filtres colorés sur la couche de capteurs lumineux 10 par revêtement ou dépôt, sont cependant également applicables dans la présente invention. 20 Les figures 9 et 10 illustrent le trajet optique de l'image photographiée du deuxième mode de réalisation du circuit intégré d'images tel qu'illustré sur les figures 7 et 8. La lumière C de l'image photographiée traverse une lentille 200, qui concentre 25 et réfracte la lumière C directement vers la couche de filtres colorés 30 (le long de la direction indiquée par la flèche de la figure 9), et la lumière C est transmise à travers la couche de filtres colorés 30 pour permettre à la lumière colorée filtrée de l'image 30 photographiée d'atteindre les unités de capteur 11 de 2907599 12 la couche de capteurs lumineux 10 directement, moyennant quoi la lumière C circule selon un trajet très court vers le circuit intégré d'images 100. Ce mécanisme peut donc rétablir de façon réaliste la 5 qualité lumineuse de l'image photographiée et la couleur grise, et réduire considérablement le coût du suivi lors de la stimulation de la conception de compensation. Comme le montre la figure 11, un exemple 10 d'application du circuit intégré d'images 100 selon la présente invention est présenté. Le circuit intégré d'images 100 est agencé à l'intérieur d'un appareil photo-numérique 300. Comme la taille de la combinaison de la couche de filtres colorés 30, de la couche de 15 capteurs lumineux 10 et de la couche de circuit à semi-conducteur 20, diminue nettement, le coût de production ainsi que le coût de conception du tracé sont également réduits. Ceci rend le circuit intégré d'images 100 parfaitement adapté pour équiper un appareil photo- 20 numérique 300, et permet d'obtenir un appareil- numérique 300 de petite taille et de poids léger. La structure de circuit intégré d'images décrite dans la présente description en faisant référence aux figures 3 à 11 a été décrite en vue d'expliquer le 25 principe de la présente invention, mais ne limite en aucun cas la portée de la présente invention. Bien que la présente invention ait été décrite en faisant référence à ses modes de réalisations préférés, il apparaîtra évident aux spécialistes de la technique 30 qu'une variété de modifications et de changements peut REVENDICATIONS 1. Structure de circuit intégré d'images, caractérisée en ce qu'elle comprend : une couche de capteurs lumineux (10), qui reçoit et convertit la lumière d'une image photographiée en un signal électrique induit par la lumière respectif pour l'émission et une charge électrique en vue du stockage, la partie inférieure de la couche de capteurs lumineux (10) présentant une pluralité de bornes conductrices (12) à travers lesquelles les signaux induits par la lumière sont émis ; et une couche de circuit à semi-conducteur (20) montée sur la partie inférieure de la couche de capteurs lumineux (10) et connectée aux bornes conductrices (12) prévues sur la partie inférieure de ladite couche de capteurs lumineux afin de recevoir et de traiter les signaux induits par la lumière fournis par la couche de capteurs lumineux, de manière à produire des signaux de données d'image numérique correspondants. 2. Structure de circuit intégré d'images selon la revendication 1, dans laquelle la couche de capteurs lumineux comprend une pluralité d'unités de capteur (11). 3. Structure de circuit intégré d'images selon la revendication 1, comprenant en outre une couche de filtres colorés (30) agencée sur la partie supérieure de la couche de capteurs lumineux (10). 2907599 15 4. Structure de circuit intégré d'images selon la revendication 3, dans laquelle la couche de filtres colorés (30) est liée de façon adhésive à la couche de capteurs lumineux (10). 5 5. Structure de circuit intégré d'images selon la revendication 3, dans laquelle la couche de filtres colorés (30) est déposée sur la couche de capteurs lumineux (10). 6. Structure de circuit intégré d'images selon la 10 revendication 3, dans laquelle la couche de filtres colorés (30) comprend une pluralité d'unités de filtre (31).