光学感测装置和制造光学感测装置的方法制造方法及图纸

一种光学感测装置，包括承载有第一和第二光电检测器(S1、S2)的衬底(S)和布置在衬底上并覆盖光电检测器阵列的滤波器叠层。滤波器叠层包括带通滤波器(BP)，布置在带通滤波器(BP)上的去耦层(DL)和布置在去耦层(DL)上的下介质镜(LM)。滤光器叠层包括具有布置在下介质镜(LM)上的主间隔层(SP)的间隔件叠层，其包含第一介质材料并覆盖光电检测器阵列。所述间隔件叠层具有包含第一介质材料的第一间隔层(S1)，其中所述第一间隔层(S1)的第一分段布置在所述主间隔层(SP)上并且覆盖第二光电检测器(P2)但不覆盖第一光电检测器(P1)。滤波器叠层还包括布置在间隔件叠层上的上介质镜(UM)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学感测装置和制造光学感测装置的方法本专利技术涉及光学感测装置，特别是高光谱(hyperspectral)光学感测装置以及制造这种光学感测装置的方法。例如可以使用高光谱光学感测装置来分析光的光谱组成。为此，感测装置可以检测入射光并产生关于对应于一个较大光谱范围内的几个窄光谱带的光强度分布的信息。其中，较大的光谱范围例如可以具有约一百纳米或几百纳米的宽度，而窄光谱带可以具有约几纳米的宽度。用于高光谱光学感测装置的现有方法可能例如具有如下确定，例如精度有限、由于运动部件而导致的易损性、和/或由于例如展开频谱信息的信号处理而导致的高复杂度。制造基于半导体的高光谱感测装置还可能需要多的掩模数，用于光刻的深UV能力和/或严格控制关键尺寸。因此，目的是提供克服上述缺点的光学感测装置的改进构思。这个目的是通过独立权利要求的主题来实现的。进一步的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。根据改进的构思，高光谱光学感测装置使用几个介质滤波器元件，它们与单个半导体芯片上的光电检测器(photodetector)阵列集成在一起。滤波器元件被布置成覆盖光电检测器阵列的相应光电检测器。每个滤波器元件包括下介质镜和上介质镜的相应部分以及布置在介质镜之间的间隔元件。间隔元件由借助于剥离技术构造的几个介质间隔层形成。其中，主间隔层覆盖所有的光电检测器。第一间隔层包括覆盖一半光电检测器的部分。第二间隔层包括两个部分，每个部分覆盖四分之一的光电检测器，以此类推。带通滤波器和去耦层设置在下介质镜的下方，以去除各个滤波器元件的通带的不需要的部分。根据改进的构思，提供了一种光学感测装置，特别是高光谱光学感测装置。该光学感测装置包括承载光电检测器阵列的半导体衬底，该光电检测器阵列至少具有第一和第二光电检测器以及布置在衬底上并覆盖光电检测器阵列的滤波器叠层。滤波器叠层包括带通滤波器，布置在带通滤波器上的去耦层和布置在去耦层上的下介质镜。带通滤波器、去耦层和下介质镜中的每一个覆盖光电检测器阵列，特别是覆盖光电检测器阵列包含的所有光电检测器。滤波器叠层还包括间隔件叠层。间隔件叠层包括布置在下介质镜上的主间隔层，其包含第一介质材料或由第一介质材料构成并覆盖光电检测器阵列，特别是覆盖光电检测器阵列包含的所有光电检测器。间隔件叠层进一步包含第一间隔层，所述第一间隔层包含第一介质材料或由所述第一介质材料构成，其中所述第一间隔层的第一分段布置在所述主间隔层上且覆盖第二光电检测器但不覆盖所述第一光电检测器。滤波器叠层还包括布置在间隔件叠层上的上介质镜。上介质镜覆盖光电检测器阵列，特别是覆盖光电检测器阵列包含的所有光电检测器。上介质镜和下介质镜与主间隔层和第一间隔层一起形成至少两个滤波器元件，其也可以表示为光谱选择器，包括布置在第一光电检测器之上并覆盖第一光电检测器的第一滤波器元件和布置在第二光电检测器之上并覆盖第二光电检测器的第二滤波器元件。根据一些实施方式，第一滤波器元件由下介质镜的覆盖第一光电检测器的部分、第一间隔元件和上介质镜的覆盖第一光电检测器的部分形成。第一间隔元件由主间隔层的覆盖第一光电检测器的部分组成。第二滤波器元件由下介质镜的覆盖第二光电检测器的部分、第二间隔元件和上介质镜的覆盖第二光电检测器的部分形成。第二间隔元件由主间隔层的覆盖第二光电检测器的部分和第一间隔层的覆盖第二光电检测器的部分(即第一间隔层的第一分段)组成。根据一些实施方式，第一间隔层的每个部分，特别是第一间隔层的第一分段，与上介质镜直接接触。主间隔层的覆盖第一光电检测器的部分与上介质镜直接接触。术语“部分”描述了相应层的部分，其可以连接或不连接到相应层的另一部分。术语“分段”描述了由光刻构造序列(例如剥离序列)限定的相应层的部分，并且如果适用的话，与相应层的一个或更多个其他部分分离。术语“介质镜”是指布拉格镜，也称为布拉格反射镜，分布式布拉格镜或反射镜或布拉格堆叠。这种介质镜具有相应的阻带。照射到相应镜子上的具有阻带内波长的光会受到阻挡。但是，阻带是隔离镜的阻带。术语“光”可以指通常包括红外辐射、可见光和/或紫外辐射的电磁辐射。例如，阻带的宽度为约几十纳米、约一百纳米、约几百纳米。第一和第二滤波器元件分别代表法布里-珀罗标准具(Fabry-Perotetalon)或干涉仪。两个介质镜和形成滤波器元件的镜之间的相应间隔元件的布置具有这样的效果：第一滤波器元件的第一通带和第二滤波器元件的第二通带被展开。即使光的波长位于隔离镜的阻带内，具有在第一通带内的波长的光也可以穿过第一滤波器元件。类似地，即使光的波长位于隔离镜的阻带内，具有在第二通带内的波长的光也可以穿过第二滤波器元件。第一和第二通带中的每一个分别包括在第一和第二通过波长处的相应透射峰。第一通过波长的值由第一间隔元件的厚度确定，该厚度由主间隔层的厚度给定。第二通过波长的值由第二间隔元件的厚度确定，该厚度由主间隔层和第一间隔层的总厚度给定。除了分别在第一和第二波长处的透射峰之外，通过滤波器元件的透射被抑制在基本对应于下和上介质镜的阻带的波长范围内。根据一些实施方式，第一通过波长和第二通过波长位于下介质镜的阻带内以及上介质镜的阻带内。第一和第二峰的宽度由下介质镜的反射率和上介质镜的反射率确定。第一和第二峰的宽度，例如半峰全宽，例如约为一个或几个纳米。由第一滤波器元件覆盖的第一光电检测器可以用于检测波长在第一通带内的(特别是波长是或接近第一通过波长)的入射到光学感测装置上的光。类似地，由第二滤波器元件覆盖的第二光电检测器可以用于检测波长在第二通带内(特别是波长是或接近第二通过波长)的入射到光学感测装置上的光。对于波长在相应阻带之外的光，下介质镜和上介质镜可以具有增加的透射率。因此，波长位于第一或第二通带之外，特别是位于阻带之外的光可以分别通过第一和第二滤波器元件。可能不希望这种光到达光电检测器阵列。特别是，如果这种不需要的光到达光电检测器阵列，则可能导致增加在确定入射光的光谱组成时的误差，并因此导致光学感测装置的精度降低。然而，由于带通滤波器和去耦层，可以防止这种不需要的光到达光电检测器阵列。根据一些实施方式，带通滤波器具有通带并且阻挡波长位于带通滤波器的通带之外的的光。根据一些实施方式，至少两个滤波器元件的通带的通过波长，特别是第一通过波长和第二通过波长位于带通滤波器的通带内。布置在衬底和下介质镜之间的带通滤波器和去耦层适于阻挡不需要的光到达光电检测器阵列。带通滤波器例如可以被调整为使得带通滤波器的通带在对应于或大致对应于下介质镜和/或上介质镜的阻带的波长范围上延伸。带通滤波器可以被调整为使得波长不在滤波器元件、特别是第一和第二滤波器元件的任何通带内的光位于带通滤波器的通带之外并因此被阻止。根据光学感测装置的一些实施方式，带通滤波器被实现为介质滤波器。根据光学感测装置的一些实施方式，带通滤波器由包含第一介质材料的带通层和包含第二介质材料的另外的带通层构成，其中带通层和另外的带通层交替布置。带通层可能不一定都具有相同的厚度。类似地，另外的带通层可以不一定都具有相同的厚度。具体而言，各个厚度可以由计算机模拟程序确定。计算机模拟程序可以例如用于以最佳方式确定带通层和另外的带通层的厚度，以实现带通滤波器的期望的通带。通常，彼此附接的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学感测装置，包括承载光电检测器阵列的半导体衬底(S)，所述光电检测器阵列具有至少第一和第二光电检测器(P1、P2)以及布置在所述衬底(S)上并覆盖所述光电检测器阵列的滤波器叠层，所述滤波器叠层包括：‑带通滤波器(BP)，布置在所述带通滤波器(BP)上的去耦层(DL)和布置在所述去耦层(DL)上的下介质镜(LM)，其中所述带通滤波器(BP)、所述去耦层(DL)和所述下介质镜(LM)中的每一个覆盖所述光电检测器阵列；‑间隔件叠层，包括：‑布置在所述下介质镜(LM)上的主间隔层(SP)，所述主间隔层(SP)包含第一介质材料并且覆盖所述光电检测器阵列；和‑包含所述第一介质材料的第一间隔层(S1)，所述第一间隔层(S1)的第一分段布置在所述主间隔层(SP)上并且覆盖第二光电检测器(P2)但不覆盖第一光电检测器(P1)；以及‑布置在所述间隔件叠层上的上介质镜(UM)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.14 EP 15199891.11.一种光学感测装置，包括承载光电检测器阵列的半导体衬底(S)，所述光电检测器阵列具有至少第一和第二光电检测器(P1、P2)以及布置在所述衬底(S)上并覆盖所述光电检测器阵列的滤波器叠层，所述滤波器叠层包括：-带通滤波器(BP)，布置在所述带通滤波器(BP)上的去耦层(DL)和布置在所述去耦层(DL)上的下介质镜(LM)，其中所述带通滤波器(BP)、所述去耦层(DL)和所述下介质镜(LM)中的每一个覆盖所述光电检测器阵列；-间隔件叠层，包括：-布置在所述下介质镜(LM)上的主间隔层(SP)，所述主间隔层(SP)包含第一介质材料并且覆盖所述光电检测器阵列；和-包含所述第一介质材料的第一间隔层(S1)，所述第一间隔层(S1)的第一分段布置在所述主间隔层(SP)上并且覆盖第二光电检测器(P2)但不覆盖第一光电检测器(P1)；以及-布置在所述间隔件叠层上的上介质镜(UM)。2.根据权利要求1所述的光学感测装置，其中所述去耦层(DL)适于将所述带通滤波器(BP)与滤波器元件去耦合，其中所述滤波器元件由所述间隔件叠层、所述下介质镜(LM)和所述上介质镜(UM)的部分形成。3.根据权利要求1或2所述的光学感测装置，其中所述光电检测器阵列还包括第三和第四光电检测器(P3、P4)，并且所述间隔件叠层还包括：-包含所述第一介质材料的第二间隔层(S2)，其中所述第二间隔层(S2)的第一分段布置在所述主间隔层(SP)上并覆盖所述第三和第四光电检测器(P3、P4)但不覆盖所述第一和第二光电检测器(P1、P2)中的任何一个；-所述第一间隔层(S1)的第二分段布置在所述第二间隔层(S2)上并且覆盖所述第四光电检测器(P4)但不覆盖所述第一、第二和第三光电检测器(P1、P2、P3)中的任何一个。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学感测装置，其中，所述下和上介质镜(ML、MU)中的每一个由包含所述第一介质材料的镜层(M1)和包含第二介质材料的另外的镜层(M2)组成，并且所述第二介质材料具有与所述第一介质材料的第一折射率不同的第二折射率，其中所述镜层(M1)和所述另外的镜层(M2)交替布置。5.根据权利要求4所述的光学感测装置，其中所述镜层(M1)中的至少一些和所述另外的镜层(M2)中的至少一些具有对应于与指定中心波长的四分之一相等的光学距离的厚度。6.根据权利要求5所述的光学感测装置，其中-第一滤波器元件由所述下介质镜(LM)的覆盖所述第一光电检测器(P1)的部分、所述主间隔层(SP)的覆盖所述第一光电检测器(P1)的部分以及所述上介质镜(UM)的覆盖所述第一光电检测器(P1)的部分形成；并且-第二滤波器元件由所述下介质镜(LM)的覆盖所述第二光电检测器(P2)的部分、所述主间隔层(SP)的覆盖所述第二光电检测器(P2)的部分、所述第一间隔层(S1)的第一分段以及所述上介质镜(UM)的覆盖所述第一光电检测器(P1)的部分形成。7.根据权利要求6所述的光学感测装置，其中所述第一滤波器元件的第一通过波长的值由所述主间隔层(SP)的厚度确定，并且所述第二滤波器元件的第二通过波长的值由所述主间隔层(SP)和所述第一间隔层(S1)的总厚度确定。8.根据权利要求7所述的光学感测装置，其中所述第一通过波长和所述第二通过波长位于所述下介质镜(LM)的阻带内以及所述上介质镜(UM)的阻带内。9.根据权利要求7或8所述的光学感测装置，其中所述第一通过波长和所述第二通过波长位于所述带通滤波器(BP)的通带内。10.根据权利要求4至9中任一项所述的光学感测装置，其中所述带通滤波器(BP)由包含所述第一介质材料的带通层和包含所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：休伯特·叶尼尔迈尔，格哈德·艾尔姆施泰纳，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT