超光谱滤波器结构及制造方法技术

一种传感器系统包含实施于集成电路的像素层中的多个光学传感器，以及在多个交替滤波器层中的在所述像素层的近侧实施的光学滤波器的多个集合。光学滤波器的集合的光学滤波器包含以堆叠形式实施的多个滤波器组件，且被配置成使相应目标波长范围的光通过到所述多个光学传感器的一个或多个光学传感器。所述多个滤波器层的滤波器层中的所述多个滤波器组件的一个或多个滤波器组件对于光学滤波器的集合的多个光学滤波器是共同的。合的多个光学滤波器是共同的。合的多个光学滤波器是共同的。

【技术实现步骤摘要】
超光谱滤波器结构及制造方法
[0001]本美国技术专利申请依据35U.S.C.
§
119(e)要求4/30/2021提交的标题为“超光谱滤波器结构及制造(HYPERSPECTRAL FILTER STRUCTURE AND MANUFACTURE)”的第63/182,237号美国临时申请的优先权，所述临时申请出于任何和所有目的以全文引用的方式并入本文中且成为本美国技术专利申请的一部分。


[0002]本专利技术大体上涉及光谱学，且更具体地说涉及使用基于干涉的滤波器的光谱传感器。

技术介绍

[0003]光谱装置已经被证明可在包含例如健康、生物计量、农业、化学和健身等各种行业中应用。一般来说，光谱装置通过检测和/或获取与多个波长范围相关的入射光并提取光谱信息来运作。例如法布里
‑
珀罗(Fabry
‑
P
é
rot)滤波器等基于干涉的滤波器当结合光谱传感器使用时一直展示为能够提供受控的光波长。
[0004]如进一步知晓的，基于干涉的滤波器可通过提供额外制造步骤/过程而应用于例如CMOS图像传感器等图像传感器。
附图说明
[0005]图1A提供根据本专利技术的实例光学传感器与滤波器覆叠的自上向下表示；
[0006]图1B提供根据本专利技术的实例光学传感器与滤波器覆叠的透视表示；
[0007]图2提供根据本专利技术的邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的横截面；
[0008]图3提供根据本专利技术的邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的实例横截面；
[0009]图4提供根据本专利技术的邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
[0010]图5提供根据本专利技术的邻近法布里
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珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的实例横截面；
[0011]图6提供根据本专利技术的邻近法布里
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珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
[0012]图7提供根据本专利技术的邻近法布里
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珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
[0013]图8A
‑
8D提供根据本专利技术的实例横截面，其示出使用蚀刻终止层形成邻近干涉滤波器；
[0014]图9提供根据本专利技术的邻近法布里
‑
珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
[0015]图10提供根据本专利技术的邻近法布里
‑
珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
[0016]图11A
‑
11C提供根据本专利技术的实例横截面，其示出使用蚀刻终止层与图案化蚀刻工艺组合形成干涉滤波器结构；
[0017]图12A
‑
12I提供根据本专利技术的实例横截面，其示出使用终止层与图案化蚀刻工艺组合的多层干涉滤波器结构；以及
[0018]图13是根据本专利技术用于使用终止层与图案化蚀刻工艺组合制造多层干涉滤波器结构的方法的流程图。
具体实施方式
[0019]在各种实例中，图像传感器与干涉滤波器组合以提供例如超光谱图像传感器等光谱图像传感器。在其它实例中，可使用法布里
‑
珀罗滤波器与例如CMOS图像传感器等图像传感器集成来实施干涉滤波器，以提供小规模光谱图像传感器系统。在一实例中，干涉滤波器可使用图像CMOS传感器上的制造后工艺添加，其中干涉滤波器包括提供不同折射率的交替层。在一些实例中，干涉滤波器可基于法布里
‑
珀罗设计以提供大体上窄带滤波器响应，其中法布里
‑
珀罗设计包含由腔层分隔的布拉格反射镜。
[0020]在某些实例中，光学滤波器可包括斥拒滤波器，用于移除所要和/或有效法布里
‑
珀罗反射镜滤波器层范围外部的光波长。在其它实例中，光学滤波器可包括法布里
‑
珀罗干涉仪，其被配置成需要多个沉积和光刻步骤的隔开的一对部分反射玻璃光学平板。在相关实例中，法布里
‑
珀罗干涉仪的全部或一部分被配置成多对部分反射玻璃光学平板，其具有呈堆叠方式面向彼此的部分反射表面。在一实例中，包含干涉滤波器的光谱响应性能的干涉滤波器的性能取决于干涉滤波器层的各种性质，包含(但不限于)干涉滤波器层的厚度(包含厚度均匀性、层沉积的准确性和层沉积的精确度)、组成和密度。
[0021]图1A提供实例图像传感器与干涉滤波器覆叠的自上向下表示。在一实例中，通过在像素或光学传感器元件的群组(或集合)上提供适于不同波长的干涉滤波器，干涉滤波器可跨图像传感器图案化。在特定实例中，可以此方式提供“像素化传感器”，其中像素化传感器包含具备适于根据光波长的光谱使不同部分通过的滤波器的不同像素。在另一实例中，像素的集合与适于不同波长的干涉滤波器覆叠可在图像传感器的空间区域上重复。
[0022]在基于图1A的实例图像传感器中，图像传感器10的像素安置在集成电路上，其中干涉滤波器的多个集合制造在光学像素的顶部上。在图1A的特定实例中，九(9)个干涉滤波器20A
‑
20I的多个集合布置成马赛克图案，其各自配置成使不同波长范围内的光通过。在一实例中，干涉滤波器的每一集合对准到至少一光学传感器元件(像素)集合，使得每一像素集合可在9个通道的情况下一起感测局部带通响应。在特定实例中，像素的集合和相关联滤波器马赛克可接着跨较大阵列重复，从而使光学传感器阵列能够提供跨光学传感器的不同区域在空间上分离的多个测得的光谱。如本文中所使用，个别光学传感器元件对应于像素(像素＝最小可寻址要素)，其中像素可例如为光电二极管。相应地，“光学传感器元件”、“光学像素”和“像素”可互换地使用。
[0023]图1B提供实例图像传感器与滤波器覆叠的透视表示，例如来自图1A的传感器10。在所述实例中，入射光130使用例如由滤波器22A
‑
22E构成的滤波器马赛克等滤波器滤波，然后收集在像素层12处。在图1B的实例中，每一滤波器与单个像素相关联，使得由传感器10生成的图像可包含图像的局部光谱。在另一实例中，可更改图1B的一对一关系，使得单个像
素与一个以上滤波器相关联，或者，单个滤波器可与多个像素相关联。在另一实例中，例如由滤波器22A
‑
22E构成的滤波器马赛克等滤波器马赛克可在像素层12的表面上不连续，从而实现针对小于像素层12的完整表面的光谱收集。
[0024]图2提供邻近光学滤波器覆叠图像传感器10的横截面。如所示出，光学滤波器24A、24B和24C的中心波长由上部和下部反射镜之间的腔厚度以第一次序确定。在一实例中，滤波器马赛克中的邻近滤波器基于像素层12的像素12A
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12N提供传感器输出的6个通道。在另一实例中，滤波器马赛克可提供任何数目的通道，仅受制造要求和传感器灵敏度要求限制。
[0025]在一实例中，滤波器层可使用多种沉积技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器系统，其包括：多个光学传感器，其实施于集成电路的像素层中；以及光学滤波器的多个集合，其在多个交替滤波器层中且在所述像素层的近侧实施，其中光学滤波器的集合的光学滤波器包含以堆叠形式实施的多个滤波器组件，且被配置成使相应目标波长范围的光通过到所述多个光学传感器的一个或多个光学传感器，其中所述多个滤波器层的滤波器层中的所述多个滤波器组件的滤波器组件对于光学滤波器的集合的多个光学滤波器是共同的。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个滤波器组件的滤波器组件包括所述光学滤波器的底部表面。3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层包含具有不同于所述多个交替滤波器层的另一层的针对一个或多个蚀刻工艺的选择性的一个或多个层。4.根据权利要求3所述的传感器系统，其中所述一个或多个蚀刻工艺中的至少一个选自由以下组成的列表：反应性离子蚀刻(RIE)；离子刻蚀；电感耦合等离子(ICP)蚀刻；等离子蚀刻；以及湿式化学蚀刻。5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中具有针对一个或多个蚀刻工艺的选择性的所述一个或多个层中的至少一个层选自由以下组成的列表：牺牲层；对一个或多个湿式蚀刻剂具有抗性的层；以及对一个或多个等离子工艺具有抗性的层。6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中光学滤波器的集合的每一光学滤波器的所述目标波长范围基于所述多个交替滤波器层的光学特性的组合确定。7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层包含使用选自由以下组成的列表的工艺沉积的一个或多个层：气相沉积化学气相沉积(CVD)；单层沉积；旋涂工艺；e束沉积溅镀；离子束溅镀反应性溅镀高靶材利用率溅镀；离子辅助沉积；高功率脉冲磁控溅镀；气流溅镀，而单层沉积技术包含
分子束外延法(MBE)；朗缪尔
‑
布洛杰特方法；原子层沉积；以及分子层沉积。8.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层包括选自由以下组成的列表的一个或多个层：反射材料；部分反射玻璃光学平板；氧化硅(SiO
x
)；氧化钛(TiO
x
)；以及氧化铌(Nb
x
O
y
)。9.根据权利要求1所述的传感器系统，其中光学滤波器的所述集合包括多个法布里
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珀罗滤波器，其中对于所述多个法布里
‑
珀罗滤波器中的一个或多个，制造在同一步骤中沉积和限定的所述多个法布里
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珀罗滤波器中的至少一些法布里
‑
珀罗滤波器的滤波器组件。10.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层的第一滤波器层包括所述光学滤波器的底部表面，其中所述第一滤波器层的滤波器组件被配置成直接覆叠所述像素层，其中所述第一滤波器层的所述滤波器组件被配置成斥拒光波长范围外部的光波长。11.根据权利要求1所述的传感器系统，其中光学滤波器的所述集合包括多个法布里
‑
珀罗滤波器，其中所述多个法布里
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珀罗滤波器中的至少一些法布里
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珀罗滤波器包含多个布拉格反射镜，其中不同法布里
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珀罗滤波器的布拉格反射镜的共同第一和共同第二部分同时沉积。12.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：光谱公司，
类型：发明
国别省市：