[发明专利]包括晶片级无机电介质和有机滤色器的混合的光学传感器器件

说明书

优先权要求 

本申请要求2012年6月28日提交的美国专利申请No.13/535,925的优先权。 

技术领域

本发明的实施例一般涉及单片光传感器器件，其包括光电检测器、一个或多个晶片级图案化的无机电介质滤光器、以及一个或多个晶片级图案化的有机滤色器。 

背景技术

光检测器可用作环境光传感器(ALS)，例如用作显示器的节能光传感器、用于控制诸如移动电话和膝上计算机之类的便携设备中的背光、以及用于许多其它类型的光级测量和管理。作为更具体的示例，ALS能用于通过检测明亮和暗淡的环境光状况来降低显示系统的总功耗并提高液晶显示器（LCD）光源的寿命，作为控制显示器和/或键区背光的手段。在没有ALS的情况下，LCD显示器背光控制通常手动地完成，藉此当周围环境变得更亮时用户将提高LCD的亮度。通过使用ALS，用户能将LCD亮度调节至他们的偏好，从而当周围环境变化时，显示器亮度调节以使显示器在相同的可感知水平上看起来一致；这使得电池寿命被延长、用户眼疲劳减少、以及LCD寿命延长。同样，在没有ALS的情况下，键区背光的控制非常依赖于用户和软件。例如，可通过触发器或定时器将键区背光打开10秒，其中触发器可通过按压键区触发。在使用ALS的情况下，键区背光仅当周围环境暗淡的时候被打开，这将导致更长的电池寿命。为实现更好的环境光感测，ALS优选具有接近人眼响应的光谱响应，而且具有优秀的红外（IR）噪声抑制（也称为IR拒绝）。这样的光谱响应通常被称为“真实人眼响应”或“适光响应(photopic response)”。 

使用光电检测器（诸如光电二极管）作为ALS时存在的潜在问题是，它既检测可见光又检测诸如红外（IR）光之类的不可见光（开始于约700nm）。相反，人眼不检测IR光。因此，尤其当光由白炽光产生时(包括大量IR光)，光电检测器的响应会显著不同于人眼的响应。如果光电检测器被用作ALS以例如调节背光等，则这将提供显著低于最优调节的调节。因此，已经尝试了各种技术来提供具有接近人眼的光谱响应的光传感器（也称为光学传感器），以使此类光传感器能用于例如适当地调整显示器的背光，或用于类似用途。这些技术中的一些涉及用滤光器覆盖光电检测器。 

如从上述讨论中所能理解，对光电检测器的一种潜在的期望响应是适光响应。然而，这仅仅是一种示例性响应。例如，可能期望一个光电检测器的响应指示检测到多少红光、另一光电检测器的响应指示检测到多少绿光、以及又一光电检测器的响应指示检测到多少蓝光。这三种光电检测器的响应可被组合，例如用于提供适光响应。替代地，这三种光电检测器的响应可单独地被用作反馈，以用于调节使用数字照相机和/或数字视频记录仪捕捉的数字图像中的颜色，例如使得所捕捉的图像/视频更逼真地相似于操作照相机/视频记录仪的人所真实看到的内容。这三种光电检测器的响应还可用于LED背光系统或LED投影仪的色彩调节、用于色彩检测和/或用于白平衡调节。对光电检测器的另一种潜在的期望响应是检测IR光并且拒绝可见光，例如，如果该光电检测器被用于基于IR的接近度和/或运动检测器的情况。不管实际想要的响应为何，如果能以提供高准确度和高产量的方式制造具有任何特定期望响应的光电检测器，则将是有益的。 

低成本的半导体光传感器通常是位于单层有机滤色器下方的硅光电二极管。例如，常规的传感器设计通常包括染色的有机过滤器（也称为有机滤色器），该有机过滤器直接被沉积在覆盖光电二极管传感器区域的钝化层上。该钝化层典型地位于也覆盖光电二极管传感器区域的一个或多个金属间电介质（IMD）层上。染色的有机过滤器吸收特定光频率范围，其具有低成本和容易集成到常规集成电路（IC）制造流程中的优点。染色的有机过滤器的缺点是，它们允许过量的红外（IR）能量透射。换言之，染色的有机过滤器在吸收大于700nm波长方面不够好。然而，在存在提供适光 响应或提供指示特定可见颜色（例如红色、绿色和/或蓝色）的响应的需求的情况下，也需要滤掉或以其它方式拒绝大于700nm的波长。此外，通常想要将ALS和基于IR的接近度传感器二者包括在同一封装内。在这种情况下，需要在同一封装内既提供拒绝IR光的光电二极管，又提供检测IR光的光电二极管。 

发明内容