(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある温度を有するフォトセンサ（２）をそれぞれが備える複数のピクセル（１）と、
少なくとも１つのヒータ（４）と、を備え、
前記ヒータ（４）は、前記フォトセンサ（２）と一体化され、
前記ヒータ（４）は、前記ヒータ（４）が作動すると前記ピクセル（１）の前記フォトセンサ（２）の温度が上昇するように、前記複数のピクセル（１）の少なくとも１つの中または近傍に配置され、
前記ヒータ（４）は、前記複数のピクセル（１）の別のピクセルの中又は近傍に延在する、
ことを特徴とする半導体画像センサ。
【請求項２】
少なくとも１つの一体化読出し回路（３）をさらに備え、
前記ヒータ（４）は、前記複数のピクセル（１）の少なくとも１つの中で、そのピクセル（１）の前記フォトセンサ（２）と前記少なくとも１つの一体化読出し回路（３）との間に配置される、請求項１に記載の半導体画像センサ。
【請求項３】
前記複数のピクセル（１）の別のピクセルをさらに備え、
前記複数のピクセル（１）の別のピクセルは、それぞれ別の一体化読出し回路（３）及び別のヒータ（４）が設けられ、前記別のヒータ（４）が、それぞれの前記別の一体化読出し回路（３）と前記フォトセンサ（２）との間に配置されている、請求項２に記載の半導体画像センサ。
【請求項４】
前記複数のピクセル（１）の別のピクセルの少なくとも１つは、別のヒータ（４）が設けられ、前記別のヒータ（４）は、前記複数のピクセル（１）の別のピクセルの中または近傍に配置される、請求項１または２に記載の半導体画像センサ。
【請求項５】
前記ヒータ（４）は、前記複数のピクセル（１）の少なくとも１つの中または近傍に配置された複数の個々のヒータ（４’）によって形成される、請求項１に記載の半導体画像センサ。
【請求項６】
前記個々のヒータ（４’）は、前記複数のピクセル（１）の少なくとも１つの前記フォトセンサ（２）を取り巻く、請求項５に記載の半導体画像センサ。
【請求項７】
一体化温度センサ（８）をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体画像センサ。
【請求項８】
前記一体化温度センサ（８）は、前記フォトセンサ（２）の近傍に配置されている、請求項７に記載の半導体画像センサ。
【請求項９】
別の一体化温度センサ（８）をさらに備え、
前記一体化温度センサ（８）及び前記別の一体化温度センサ（８）は、それぞれ前記フォトセンサ（２）の近傍に配置されている、請求項７に記載の半導体画像センサ。
【請求項１０】
前記フォトセンサ（２）に電気的に接続される基板貫通ビア（６）をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体画像センサ。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記ヒータ（４）に電気的に接続される基板貫通ビア（７）をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体画像センサ。
【請求項１２】
前記複数のピクセル（１）の少なくとも１つを少なくとも１つの前記ヒータ（４）によって加熱するステップと、
それによってそのピクセル（１）の温度を、前記複数のピクセル（１）の別のピクセルの少なくとも１つより高い度合いで上昇させるステップと、を含み、
前記複数のピクセル（１）の少なくとも１つを加熱するステップは、少なくとも１つの一体化読出し回路（３）および／または別の一体化読出し回路（３）の作動に起因する温度差の局所的是正を目的とする、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体画像センサを作動させる方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの一体化温度センサ（８）によって前記温度を局所的に制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体化ピクセル加熱機構を有する半導体画像センサおよび半導体画像センサを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体画像センサによって生成される画像は、ピクセルごとに僅かな不均一性を示すことがあり、その不均一性は、漏洩電流およびフォトダイオードの応答性が温度に依存するため、センサチップ内の局所的温度差によって生じ得る。この問題を防止するために、画像センサチップは、一定で、空間的に均一な温度で作動することが好ましい。特に画像センサチップ全体を加熱または冷却することによって、空間的および時間的に一定の温度を維持する通常の方法は、特に熱を発生する構成要素の近傍にフォトセンサが組み込まれている場合に、最適な温度状態を得るのに適切ではないことがある。
【０００３】
特許文献１には、画像センサチップを受けるように配置された面を有し、画像センサチップのセンサ領域の下に配置されたヒータ要素を有する基板を備える集積回路パッケージが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、金属ヒータレジスタを含む集積回路ダイが開示されており、その金属ヒータレジスタは、ダイの外縁周りに配置され、電気端子が設けられている。
【０００５】
特許文献３には、半導体基板に形成された抵抗温度センサと、基板表面を覆っている絶縁層上に形成された抵抗ヒータとを含む一体型感知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，４８０，００６（Ｂ１）号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０４６，４３３（Ａ）号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８０８，００９（Ａ）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、生成される画像が従来の画像センサよりも低減された不均一性を示す半導体画像センサを開示することである。別の目的は、半導体画像センサによって生成される改良された画像を得る方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの目的は、請求項１に記載の半導体画像センサおよび請求項１３に記載の方法によって達成される。諸実施形態および変形形態が従属請求項から導出される。
【０００９】
半導体画像センサは、それぞれがフォトセンサを備える複数のピクセルと、フォトセンサと一体化され、複数のピクセルの少なくとも１つの中または近傍に配置されている少なくとも１つのヒータとを具備する。少なくとも１つの一体化読出し回路を一体化することもできる。ヒータを適切に作動させることにより関連ピクセルのフォトセンサの温度が上昇する。他のフォトセンサの温度は、その加熱によってより僅かな度合いでしか上昇しないか、もしくは影響を受けない。
【００１０】
少なくとも１つの一体化読出し回路を備える半導体画像センサの実施形態では、ヒータは、関連ピクセル内で、そのピクセルのフォトセンサと一体化読出し回路との間に配置されている。
【００１１】
別の実施形態では、複数のピクセルの別のピクセルのそれぞれは、別の一体化読出し回路と、その別の一体化読出し回路とフォトセンサとの間に配置された別のヒータとを備える。
【００１２】
別の実施形態では、ヒータは、複数のピクセルの別のピクセルの少なくとも１つの中または近傍に延在する。
【００１３】
別の実施形態では、複数のピクセルの別のピクセルの少なくとも１つは、その複数のピクセルの別のピクセルの中または近傍に配置された別のヒータを備える。
【００１４】
別の実施形態では、ヒータは、複数のピクセルの少なくとも１つの中または近傍に配置された複数の個々のヒータによって形成されている。
【００１５】
別の実施形態では、個々のヒータは、複数のピクセルの少なくとも１つのフォトセンサを取り巻いている。
【００１６】
別の実施形態は、一体化温度センサを備え、その一体化温度センサは、特にフォトセンサの近傍に配置することができる。
【００１７】
別の実施形態は、別の一体化温度センサを備え、上記の一体化温度センサ及び別の一体化温度センサは、それぞれフォトセンサの近傍に配置されている。
【００１８】
別の実施形態は、フォトセンサに電気的に接続される基板貫通ビアおよび／または少なくとも１つのヒータに電気的に接続される基板貫通ビアを備える。
【００１９】
このような半導体画像センサを作動させる方法は、複数のピクセルの少なくとも１つがヒータによって加熱され、それによって、そのピクセルの温度が複数のピクセルの別のピクセルの少なくとも１つより高い度合いで上昇する。複数のピクセルの別のピクセルの一部または全ては、その加熱プロセスによって実質的に影響を受けない。具体的にはピクセルの加熱は、一体化読出し回路および／または別の一体化読出し回路の作動に起因する温度差の局所的是正を目的とする。
【００２０】
本発明の変形形態では、少なくとも１つの一体化温度センサによって温度が局所的に制御される。
【００２１】
以下に、画像センサの例およびそのような画像センサを作動させる方法を、添付図面に即して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】画像センサの実施形態のピクセル内でのフォトセンサ、ヒータ、および読出し回路の配置の概略図である。
【図２】フォトセンサを取り巻く複数の個々のヒータを備える別の実施形態についての図１に即する配置の図である。
【図３】基板貫通ビアを有する別の実施形態についての図１に即する配置の図である。
【図４】別の実施形態でヒータが近接して配置されたピクセルのグループの図である。
【図５】温度センサを備える別の実施形態についての図１に即する配置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、半導体画像センサのピクセル１を示す。ピクセル１は、半導体本体または基板に一体化されているフォトセンサ２を備える。たとえば特にフォトダイオードまたは一群のフォトダイオードであり得るフォトセンサ２の細部は、それほど重要ではなく、したがって図１に示されていない。読出し回路３は、任意選択で、フォトセンサ２と共に半導体本体または基板に一体化され得る。読出し回路３は、たとえばＣＭＯＳ回路でもよい。各ピクセル１には、個々に読出し回路３を設けることができる。それに代えて、読出し回路３は、一部または全部のフォトセンサ２に共通に設けてもよい。図１による実施形態では、フォトセンサ２と読出し回路３とは、ピクセル１内で、半導体本体または基板の同じ面に一体化されているが、フォトセンサ２と読出し回路３の配置は、この例とは異なるようにすることもできる。
【００２４】
ヒータ４は、ピクセル１内またはピクセル１の近傍に一体化されている。ヒータ４は、特に抵抗ヒータであり得、好ましくは電圧または電流を加えるための電気接続部５を備える。抵抗ヒータは、半導体技術において本来知られている。図１による実施形態では、ヒータ４は、フォトセンサ２と読出し回路３との間に配置されている。図１に示される配置のように、読出し回路３の近傍にヒータ４を配置することは、特に適切であり得、その理由は、そのような配置は、特に読出し回路３が最大または通常の熱量を発生しない画像センサの作動モード中に、ヒータ４が類似の熱を発生することによって、読出し回路３による熱の発生の代わりまたは補足を可能にするからである。それによって均一な温度分布が、画像センサのあらゆる作動モード中に維持され得る。
【００２５】
ヒータ４は、レジスタまたはレジスタのセットをフォトセンサ２に近接して配置することによって、画像センサに一体化することができる。具体的にはレジスタまたはレジスタのセットは、半導体技術では本来知られている態様で、電気抵抗物質の層によって形成することができる。レジスタによって形成された複数の個々の加熱要素は、ヒータ４を形成するように、並行または直列に接続され得る。レジスタまたはレジスタのセットに熱を発生させるために、電圧または電流が電気接続部５に加えられる。電圧または電流の供給は、画像センサチップ上で直接行われ得、または画像センサチップの電気端子を介して外部から行われ得る。複数個の画像センサのヒータ４を、チップ間の相互接続部を介して互いに接続することができる。
【００２６】
図２は、半導体画像センサの別の実施形態のピクセル１を示す。図１による実施形態の要素に対応する図２による実施形態の要素は、同じ参照符号によって示されている。図２による実施形態では、ヒータ４は、複数の個々のヒータ４’を備え、それらヒータ４’は別々の電気接続部５を備え得る。個々のヒータ４’は、特に例として図２に示されるようにフォトセンサ２を取り巻いてもよいが、フォトセンサ２および個々のヒータ４’の配置は、この例とは異なるようにすることもできる。
【００２７】
図３は、半導体画像センサの別の実施形態のピクセル１を示す。図１および２による実施形態の要素に対応する図３による実施形態の要素は、同じ参照符号によって示されている。図３による実施形態は、フォトセンサ２およびヒータ４の電気接続部用の基板貫通ビア６、７を備える。この配置は、半導体本体または基板のフォトセンサ２とは反対側の面に読出し回路３が配置されている場合に特に適している。ヒータ４を反対側、特にフォトセンサ２の下側の位置に配置することもでき、この場合は、フォトセンサ２のみに電気接続部用の基板貫通ビア６を設ければ十分であり得る。
【００２８】
図４は、半導体画像センサの別の実施形態の３つの隣接するピクセル１の配列を示す。図１による実施形態の要素に対応する図４による実施形態の要素は、同じ参照符号によって示されている。図４による実施形態は、複数のピクセル１に近接して共通に配置されたヒータ４を備える。図４に示された例では、ヒータ４は、それらピクセル１のフォトセンサ２と読出し回路３との間に配置されている。ヒータ４は、任意の数のピクセル１の近傍に共通に配置することができ、その配置は、図４に示されている例とは異なるようにすることもできる。
【００２９】
図５は、半導体画像センサの別の実施形態のピクセル１を示す。図１による実施形態の要素に対応する図５による実施形態の要素は、同じ参照符号によって示されている。図５による実施形態は、温度センサ８をさらに備える。温度センサ８は、好ましくはフォトセンサ２に近接して配置される。温度センサ８は、フォトセンサ２の温度を検出する働きをし、それによって、温度センサ８の制御の下、所望の温度から逸脱しないようにヒータ４を作動させることができる。図４に従って複数のピクセル１に対して共通にヒータ４を使用するのと同様に、温度センサ８は、ピクセル１のグループに対して共通に使用することができる。それに代えて、各ピクセル１が個々の温度センサ８を備えてもよい。温度の測定値の評価およびそれに対応するヒータ４の作動の制御は、たとえば読出し回路３で実行してもよい。
【００３０】
１つのピクセル１またはピクセル１の小グループに対してそれぞれ設けられるヒータ４またはヒータ４の配列を画像センサチップ内に一体化することによって、画像センサチップを組み立てかつ／または実装するための作業が著しく減少される。一体化された１つまたは複数のヒータ４は、画像センサチップの様々な領域、具体的には様々なピクセル１またはピクセル１のグループを互いに独立に加熱することが可能であり、したがって、空間的かつ時間的に実質的に一定な画像センサチップの温度分布を維持することが可能である。それによって、画像の生成が改善され、不均一性を防止または少なくとも実質的に低減することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ピクセル
２  フォトセンサ
３  読出し回路
４  ヒータ
４’  個々のヒータ
５  電気接続部
６  基板貫通ビア
７  基板貫通ビア
８  温度センサ
【図１】
0006302094.tif 000002
【図２】
0006302094.tif 000003
【図３】
0006302094.tif 000004
【図４】
0006302094.tif 000005
【図５】
0006302094.tif 000006