CN118089938A - 用于多光谱传感器的光学滤光器及制造这种滤光器的方法 - Google Patents

Abstract

本描述涉及一种光学滤光器，光学滤光器旨在被布置在包括多个像素的图像传感器前面，针对每个像素，滤光器包括至少一个谐振腔，至少一个谐振腔包括透明区域以及至少一个谐振元件，透明区域具有第一折射率并且由反射外围垂直壁横向界定，至少一个谐振元件形成在所述区域中。

Description

用于多光谱传感器的光学滤光器及制造这种滤光器的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年11月28日提交的、题目为“Filtre optique pour capteurmultispectral et procédéde fabrication d’un tel filtre”的法国专利申请号2212409的优先权权益，其在法律允许的最大范围内通过引用并入于此。

技术领域

本公开总体涉及适于在不同波长范围内获取场景的图像的多光谱传感器。本公开更具体地涉及用于多光谱滤光器的光学滤光器、包括这种滤光器的多光谱滤光器，以及制造用于多光谱传感器的光学滤光器的方法。

背景技术

已经提供了以下多光谱传感器，该多光谱传感器包括被放置在传感器前面的滤光器轮，传感器适于通过轮的不同滤光器来获取场景的连续图像。此外，已经提供了其他多光谱传感器，该些多光谱传感器更紧凑，包括布置在图像传感器前面的单个光学滤光器，该滤光器适于向传感器的某些像素传送主要在第一波长范围内的入射辐射，并且适于向传感器的其他像素传送主要在至少第二波长范围内的入射辐射，第二波长范围不同于第一波长范围。

然而，现有的多光谱传感器具有各种缺点。

发明内容

实施例的一个目的是克服用于多光谱传感器的已知光学滤光器、集成这种滤光器的已知多光谱传感器以及制造用于多光谱传感器的光学传感器的已知方法的缺点中的全部或部分缺点。

为此目的，一个实施例提供了一种光学滤光器，光学滤光器旨在被布置在包括多个像素的图像传感器前面，针对每个像素，滤光器包括至少一个谐振腔，至少一个谐振腔包括透明区域以及至少一个谐振元件，透明区域具有第一折射率并且由反射垂直外围壁横向界定，至少一个谐振元件形成在所述区域中。

根据一个实施例，位于所述至少一个谐振腔中的一个谐振腔中的所述至少一个谐振元件，具有与位于另一谐振腔中的所述至少一个谐振元件的横向尺寸不同的横向尺寸。

根据一个实施例，所述至少一个谐振腔中的一个谐振腔具有与另一谐振腔的宽度不同的宽度。

根据一个实施例，每个谐振元件包括垫，该垫具有第二折射率，第二折射率大于第一折射率。

根据一个实施例，每个谐振元件还包括透明层，透明层具有第三折射率，并且在谐振腔中横向延伸，第三折射率大于第一折射率。

根据一个实施例，第三折射率基本等于第二折射率。

根据一个实施例，每个谐振元件包括透明层的以下部分：该部分位于形成在透明层中的通孔内部，透明层具有第四折射率，并且在谐振腔中横向延伸，第四折射率大于第一折射率。

根据一个实施例，针对每个像素，滤光器包括单个谐振腔。

根据一个实施例，针对每个像素，滤光器包括多个谐振腔。

根据一个实施例，反射外围垂直壁由金属制成。

根据一个实施例，反射外围垂直壁包括由具有不同折射率的材料制成的电绝缘层的堆叠。

根据一个实施例，滤光器还包括针对每个腔的与所述腔垂直对齐定位的微透镜。

一个实施例提供了一种多光谱图像传感器，该多光谱图像传感器包括图像传感器和诸如所描述的光学滤光器，图像传感器包括形成在半导体衬底内部和顶部上的多个像素。

一个实施例提供了一种制造光学滤光器的方法，该光学滤光器旨在被布置在包括多个像素的图像传感器前面，方法包括以下连续步骤：

a)针对每个像素，在透明层中形成至少一个谐振元件；以及

b)将透明层划分为多个透明区域，每个透明区域包括谐振元件中的至少一个谐振元件；以及

c)利用反射外围垂直壁覆盖每个透明区域的侧面，

其中针对每个像素，透明区域和反射外围壁形成谐振腔。

附图说明

将在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中，详细讨论本公开的前述及其他特征和优点，其中：

图1是根据一个实施例的、包括光学滤光器的多光谱图像传感器的示例的简化局部截面图；

图2是根据一个实施例的、包括光学滤光器的多光谱图像传感器的示例的简化局部截面图；

图3是根据一个实施例的、包括光学滤光器的多光谱图像传感器的示例的简化局部截面图；

图4是根据一个实施例的、包括光学滤光器的多光谱图像传感器的示例的简化局部截面图；

图5A和图5B是根据一个实施例的、包括光学滤光器的多光谱图像传感器的示例的简化局部图，分别是俯视图和沿着图5A的平面AA的截面图；

图6是根据一个实施例的、包括光学滤光器的多光谱图像传感器的示例的简化局部截面图；

图7A、图7B和图7C是示意性且部分地图示根据一个实施例的制造图1的光学滤光器的方法的示例的连续步骤的截面图；

图8是示意性且部分地图示制造图1的光学滤光器的变型的方法的步骤的截面图；

图9A和图9B是示意性且部分地图示根据一个实施例的制造光学滤光器的方法的示例的连续步骤的截面图；以及

图10A和图10B是示意性且部分地图示根据一个实施例的制造图5A和图5B的光学滤光器的方法的示例的连续步骤的截面图。

具体实施方式

在各个附图中，相同的特征已经由相同的附图标记指定。特别地，在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以布置相同的结构、尺寸和材料性质。

为了清楚起见，仅图示和详细描述了对理解本文描述的实施例有用的步骤和元件。具体地，没有详细说明光电二极管和像素控制电路的形成，基于本公开的指示，这种像素的形成在本领域技术人员的能力范围内。

除非另有指示，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接；并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或多个其他元件耦合。

在下面的描述中，当提及限定绝对位置(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置(诸如，术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)的术语时，或者当提及限定方向(诸如，术语“水平”、“垂直”等)的术语时，除非另外指定，否则它指的是图的定向。

除非另有指定，否则表述“大约”、“近似”、“基本”和“量级”表示正负10％，优选正负5％。

图1是根据一个实施例的、包括光学滤光器101的多光谱图像传感器100的示例的简化局部截面图。

在所示示例中，光学滤光器101被布置在图像传感器103(例如，CMOS(“互补金属氧化物半导体”)传感器)的前面。图像传感器103包括形成在衬底107内部和顶部上的多个像素105。衬底107例如是由半导体材料(例如硅)制成的晶片或晶片的块。在俯视图中，像素105可以具有任何形状。作为示例，在俯视图中，每个像素105具有多边形形状(例如，矩形或正方形)或者圆形形状的外围。例如，像素105沿行和列被布置成阵列。虽然这在图1中未被详细示出，但是像素105的控制和读出电路可以形成在衬底107的内部和顶部上。此外，虽然图1中图示了仅两个像素105，但是图像传感器103当然可以包括大得多数目的像素105，例如数千或数百万个像素105。

根据一个实施例，对于图像传感器103的每个像素105，旨在被布置在图像传感器103前面的光学滤光器101包括至少一个谐振腔109，至少一个谐振腔109包括透明区域111和至少一个谐振元件115，透明区域111由反射外围垂直壁113横向界定，并且至少一个谐振元件115形成在透明区域111中。区域111由对像素105的操作波长透明并且具有折射率n1的材料制成。在图1图示的示例中，对于每个像素105，光学滤光器101包括单个谐振腔109，单个谐振腔109包括单个谐振元件115。

在俯视图中，谐振腔109可以具有任何形状，例如与下面的像素105的形状相同。作为示例，在俯视图中，每个谐振腔109具有多边形形状(例如，矩形或正方形)或圆形形状的外围。例如，谐振腔109具有小于或等于像素105的横向尺寸的横向尺寸，在俯视图中，每个谐振腔109的外围分别位于下面的像素105的外围的内部，或者与下面的像素105的外围垂直对齐定位。

在俯视图中，反射外围壁113例如具有环形形状，例如具有多边形截面(例如，矩形或正方形)或者具有圆形截面，围绕每个谐振腔109的透明区域111或与每个谐振腔109的透明区域111横向邻接，透明区域111的侧面被壁113覆盖。作为示例，反射外围壁113具有1μm量级的高度或厚度。

在所示示例中，每个谐振元件115是具有折射率n2的材料的垫117，折射率n2大于透明区域111的材料的折射率nl。每个垫117例如在其所有表面上被涂覆有透明区域111的材料。在俯视图中，垫117可以具有任何形状的截面。作为示例，在俯视图中，每个垫117具有多边形形状(例如，矩形或正方形)或圆形形状等的外围。

在制造偏差内，垫117例如具有相同的高度或厚度。在所示示例中，垫117相对于谐振腔109横向和垂直居中。然而，该示例不是限制性的，并且作为变型，垫117可以相对于谐振腔109偏离中心。例如，垫117形成跨整个滤光器101具有基本恒定节距的光栅，该光栅的节距对应于两个相邻垫117之间的中心到中心距离。

如在图1图示的示例中，谐振腔109中的至少一个谐振腔109可以具有与另一谐振腔109的宽度L不同的宽度L。谐振腔109的宽度L对应于该腔的最大横向尺寸。作为示例，在谐振腔109在俯视图中分别具有正方形形状或圆形形状的外围的情况下，宽度L分别对应于谐振腔109的边长和直径。

此外，如在图1图示的示例中，垫117中的至少一个垫可以具有与另一垫117的横向尺寸D不同的横向尺寸D。在垫在俯视图中分别具有正方形或圆形形状的外围的情况下，垫117的横向尺寸D例如分别对应于垫117的边长和直径。

作为示例，位于像素105中的一个像素前面的每个谐振腔109，具有与位于与所考虑像素相邻的像素105前面的谐振腔109的宽度L不同的宽度L。换句话说，在该示例中，位于两个相邻像素105前面的谐振腔109具有不同的宽度L。作为变型，相邻谐振腔109可以具有与另一谐振腔109的宽度L不同的相同宽度L。

补充地或备选地，例如，位于像素105中的一个像素前面的每个谐振腔109的垫117，具有与位于与所考虑像素相邻的像素105前面的谐振腔109的垫117的横向尺寸D不同的横向尺寸D。换句话说，在该示例中，位于两个相邻像素105前面的谐振腔109的垫117具有不同的横向尺寸D。作为变型，相邻谐振腔109的垫117可以具有与另一谐振腔109的垫117的横向尺寸D不同的相同横向尺寸D。

作为示例，光学滤光器101可以包括谐振腔109的多个组，在制造偏差内，相同组的谐振腔109具有相同的腔宽度L，并且包括具有相同横向尺寸D的垫117。形成相同组的部分的谐振腔109的宽度L，不同于形成腔的其他组的部分的谐振腔的宽度L。补充地或备选地，形成相同组的部分的谐振腔109的垫117的横向尺寸D，不同于形成腔109的其他组的部分的垫117的横向尺寸D。例如，形成相同组的部分的谐振腔109根据规则图案来进行布置。

光学滤光器101的每个谐振腔109主要对旨在要透射到下面的像素105的光敏区域的入射辐射的波长范围进行谐振。由每个谐振腔109透射的波长范围尤其是所考虑谐振腔109的宽度L的函数(谐振腔109的宽度L越大，主要透射到下面的像素105的辐射的波长越高)。因此，提供具有不同宽度L的谐振腔109的事实，使得滤光器101能够透射不同波长范围内的入射辐射。

此外，由每个谐振腔109透射的波长范围是垫117的横向尺寸D的函数(垫117的横向尺寸D越大，主要透射到下面的像素105的辐射的波长越高)。因此，提供包括具有不同横向尺寸D的垫117的谐振腔109的事实，使得滤光器101能够透射不同波长范围内的入射辐射。

作为示例，对谐振腔109的宽度L的修改引起透射到下面的像素105的辐射的波长范围的移动，该移动大于通过对腔的垫117的横向尺寸D的类似修改而获得的移动。换句话说，在该示例中，与对所考虑谐振腔109的宽度L的修改所允许的相比，对谐振腔109的垫117的横向尺寸D进行修改，使得能够更精细地调整透射到下面的像素的波长范围。

因此，提供具有不同宽度L的谐振腔109的事实，使得例如光学滤光器101能够覆盖比通过仅包括具有不同横向尺寸D的垫117的滤光器所覆盖的光谱带更宽的光谱带。作为示例，当图像传感器100适于捕获可见光和近红外辐射时，在谐振腔109的极限宽度L分离几十纳米的情况下，滤光器101可以覆盖延伸数百纳米的光谱带。此外，提供具有不同横向尺寸D的垫117的事实，例如使得光学滤光器101能够具有比通过仅包括具有不同宽度L的谐振腔109的滤光器实现的光谱分辨率更大的光谱分辨率。

集成光学滤光器101的多光谱传感器100有利地具有比包括滤光器轮的多光谱传感器的紧凑性更大的紧凑性，并且还具有比包括单个滤光器的现有多光谱传感器更宽的光谱带和/或更高的光谱分辨率，该单个滤光器适于将主要在第一波长范围内的入射辐射透射到传感器的某些像素，并且适于将主要在不同于第一波长范围的至少第二波长范围内的入射辐射透射到传感器的其他像素。

光学滤光器101的优点在于以下事实：反射外围壁113的存在使得能够有利于辐射在倾斜入射(即，在图1的定向上，与光学滤光器101的上表面不正交)下传输到达光学滤光器101。

可选地，多光谱传感器100包括微透镜119。每个微透镜119例如位于光学滤光器101的单个谐振腔109的前面。微透镜119覆盖光学滤光器101的与像素105相反的表面(在图1的定向上，光学滤光器101的上表面)。微透镜119使得能够有利于入射辐射朝向图像传感器103的像素105的传输。

图2是根据一个实施例的、包括光学滤光器201的多光谱图像传感器200的示例的简化局部截面图。图2的传感器200包括与图1的传感器100共同的元件。这些共同的元件在下文中将不再进行详细描述。

图2的传感器200与图1的传感器100的不同之处在于，除了垫117之外，传感器200的光学滤光器201的每个谐振元件115还包括在对应谐振腔109内部横向延伸的层203。例如，如图2中图示的，层203沿着谐振腔109的整个长度L延伸，层203继而由反射外围壁113横向界定或与反射外围壁113邻接。

在所示示例中，层203由与垫117相同的折射率n2的材料制成。层203对于旨在要透射到下面的像素105的光敏区域的入射辐射的波长范围是透明的。

图3是根据一个实施例的、包括光学滤光器301的多光谱图像传感器300的示例的简化局部截面图。图3的传感器300包括与图2的传感器200共同的元件。这些共同的元件在下文中将不再进行详细描述。

图3的传感器300与图2的传感器200的不同之处在于，传感器300的光学滤光器301的透明层203由与垫117的材料不同的材料制成。传感器300的光学滤光器301的透明层203例如由具有折射率n3的材料制成，折射率n3大于透明区域111的材料的折射率n1，并且不同于垫117的材料的折射率n2。

尽管图2和图3图示了每个垫117覆盖层203的表面的一部分(在图2和图3的定向中，层203的上表面)的示例，但作为变型，每个垫117可以与下面的层203分离。在该情况下，每个垫117例如通过透明区域111的一部分与层203分离。

图4是根据一个实施例的、包括光学滤光器401的多光谱图像传感器400的示例的简化局部截面图。图4的传感器400包括与图1的传感器100共同的元件。这些共同的元件在下文中将不再进行详细描述。

图4的传感器400与图1的传感器100的不同之处在于，传感器400的光学滤光器401的每个谐振元件115包括透明区域111的位于通孔403内部的一部分，通孔403形成在层405中，层405在对应谐振腔109的内部横向延伸。在俯视图中，开口403可以包括具有任何形状的截面，例如，先前针对垫117描述的形状中的一种形状。

例如，如图4中图示的，层405跨谐振腔109的整个宽度L延伸，层405继而由反射外围壁113横向界定或与其邻接。层405对于旨在要透射到下面的像素105的光敏区域的入射辐射的波长范围是透明的。作为示例，层405由与滤光器101、201和301的垫117相同的折射率为n2的材料制成。

先前关于图1在谐振元件115是横向尺寸D的垫117的情况下所描述的内容，可以由本领域技术人员转变成每个谐振元件115包括透明层111的位于在层405中形成的横向尺寸D的开口403内部的一部分的情况。具体地，光学滤光器401的开口403的横向尺寸D的修改引起透射到下面的像素105的辐射的波长范围的移动(开口403的横向尺寸越大，主要透射到下面的像素105的辐射的波长越短)。

因此，传感器400的光学滤光器401具有分别与传感器100、200和300的光学滤光器101、201和301的优点相同或相似的优点。

图5A和图5B是根据一个实施例的、包括滤光器501的多光谱图像传感器500的示例的简化局部视图，分别是俯视图和沿图5A的平面AA的截面图。图5A和图5B的传感器500包括与图1的传感器100共同的元件。这些共同的元件在下文中将不再进行详细描述。

图5A和5B的传感器500与图1的传感器100的不同之处在于，对于图像传感器103的每个像素105，传感器500的光学滤光器501包括多个谐振腔109(在图5A图示的示例中，9个谐振腔109)。在所示示例中，每个谐振腔109包括单个谐振元件115。作为示例，传感器500的像素105具有大于传感器100的像素105的横向尺寸的横向尺寸。

在所示示例中，谐振元件115是垫117，每个垫117在俯视图中具有基本正方形形状的外围。在所示示例中，在制造偏差内，位于相同像素105前面的谐振腔109的垫117具有基本相同的横向尺寸D。位于像素105中的一个像素前面的谐振腔109的垫117具有例如以下横向尺寸D(在该示例中，等于在俯视图中由每个垫117形成的正方形的边)：该横向尺寸D不同于位于另一像素105前面的谐振腔109的垫117的横向尺寸D。

作为示例，在制造偏差内，位于相同像素105前面的谐振腔109具有相同的宽度L。为了简化附图，在图5A和图5B图示的示例中，谐振腔109具有相同的宽度L。然而，该示例不是限制性的，位于像素105前面的谐振腔109能够具有与位于另一像素105前面的谐振腔109的宽度L不同的宽度L。

每个像素105提供多个谐振腔109的事实，有利地使得光学滤光器501能够有利于入射辐射朝向传感器103的像素105的传输，特别是当辐射在倾斜入射下到达光学滤光器101时。这进一步有利地使得光学滤光器501能够具有大于没有反射壁113的纳米结构滤光器的角度接受度的角度接受度(即，滤光器501的光谱响应根据入射角的不变性)。

图6是根据一个实施例的、包括光学滤光器601的多光谱图像传感器600的示例的简化局部截面图。图6的传感器600包括与图5A和图5B的传感器500共同的元件。这些共同的元件在下文中将不再进行详细描述。

图6的传感器600与图5A和图5B的传感器500的不同之处在于，传感器600的光学滤光器601的每个谐振腔109包括多个谐振元件115。在所示示例中，滤光器601的谐振元件115是垫117，垫117例如在俯视图中具有基本正方形的形状。作为示例，光学滤光器601的每个谐振腔109包括9个垫117。

图7A、图7B和图7C是示意性且部分地图示根据一个实施例的制造图1的光学滤光器101的方法的示例的连续步骤的截面图。

图7A更精确地图示了在图像传感器103的形成结束时获得的结构，特别地，在衬底107内部和顶部上形成像素105之后，并且在两个层701和703的连续沉积之后。在所示示例中，层703覆盖层701的与衬底107相反的表面(在图7A的定向上，层701的上表面)。

作为示例，层701由二氧化硅(SiO₂)制成，并且层703由硅(Si)、氮化硅(SiN)或二氧化钛(TiO₂)制成。

图7B更精确地图示了在例如通过光刻和蚀刻对层703进行结构化以形成垫117的步骤结束时获得的结构。

在所示示例中，层703的在垫117之间横向延伸的部分在蚀刻步骤期间被完全去除。作为变型，层703的在垫117之间横向延伸并且具有比垫117小的厚度的部分可以在蚀刻结束时被保留，例如由此形成先前关于图2描述的光学滤光器201的层203。

图7C更精确地图示了在形成围绕垫117的透明层11的步骤结束时获得的结构。

作为示例，由与层701的材料相同的材料制成的透明层705首先被沉积在结构的上表面侧上，透明层705例如覆盖垫117，并且覆盖层701的上表面未被垫117覆盖的部分。然后，例如通过光刻和蚀刻对层701和705进行结构化，以形成透明区域111。换句话说，这里形成相同层的透明层701和705被分成多个透明区域111，每个透明区域包括谐振元件115中的至少一个谐振元件115。

在所示示例中，透明层111被沟槽707横向分离。

尽管未被详细描述，但后续步骤例如从图7C中图示的结构进行实施，以形成反射外围壁113，该后续步骤包括沉积由金属(例如，银(Ag)或铝(Al))或金属合金制成的反射层，该反射层涂覆透明区域111并且填充沟槽707，随后例如通过化学机械抛光，对反射层进行平坦化。在该情况下，壁113由反射层的材料制成。

此后还可以提供形成微透镜119的可选步骤。

图8是示意性且部分地图示制造图1的光学滤光器101的变型的方法的步骤的截面图。图8中图示的步骤例如遵循与先前关于图7A至图7C描述的步骤相同或相似的步骤。

在所示示例中，沟槽707的侧面和底部涂覆有例如由金属或金属合金制成的反射层801。在图8图示的示例中，反射层801不填充沟槽707。

作为示例，例如通过共形沉积技术，首先将反射层801沉积在图7C的结构的上表面侧上。然后，例如，去除(例如通过化学机械抛光)反射层801的部分，该部分涂覆透明区域111的与衬底107相反的表面(在图8的定向上，该区域的上表面)。

尽管未被详细描述，但后续步骤例如从图8中图示的结构进行实施，以形成反射外围壁113，该后续步骤包括沉积例如由电绝缘材料制成的填充层，该填充层涂覆反射层801并且填充沟槽707，随后例如通过化学机械抛光，对填充层进行平坦化。在该情况下，反射外围壁113包括填充层的部分，该部分与透明区域111的上表面齐平，并且其底部和侧面涂覆有反射层801。

此后还可以提供形成微透镜119的可选步骤。

图9A和图9B是示意性且部分地图示根据一个实施例的制造光学滤光器的方法的示例的连续步骤的截面图。

图9A更精确地图示了在图7C中图示的结构的上表面侧上连续沉积两个层901和903结束时获得的结构。在所示示例中，层901涂覆透明区域111的侧面和上表面，并且进一步涂覆像素105的上表面的未被透明层111涂覆的部分。在图9A图示的示例中，层903涂覆层901并且填充沟槽707。作为示例，层901和层903通过共形沉积而被获得。

层901例如由折射率大于层903的材料的折射率的材料制成。作为示例，层901和层903的相应材料选自以下对：硅和二氧化硅、硅和氮化硅、以及二氧化钛和二氧化硅。作为变型，层901例如由氮化硅制成，并且层903被省略，由此在沟槽707内部形成空气真空。

图9B更精确地图示了在由层901和层903形成的堆叠的平坦化步骤结束时获得的结构。作为示例，通过光刻和蚀刻进行结构化的步骤，随后是在图9A中图示的结构的上表面侧上进行化学机械抛光的步骤被实施，以平坦化由层901和层903形成的堆叠。

在所示示例中，层901和层903的与透明层111垂直对齐定位的部分被去除，并且层901和层903的留在透明层111之间的部分与透明层111的上表面齐平。在该示例中，反射外围壁113包括层903的部分，该部分与透明区域111的上表面齐平，并且其底部和侧面涂覆有层901。

在该情况下，反射外围壁113例如形成布拉格反射镜。尽管在图9A和图9B中图示了两个层901和层903，但是作为变型，可以提供包括更多数目的具有不同折射率的电绝缘层的堆叠。

图9B进一步图示了形成掩模905的后续步骤，掩模905覆盖位于透明区域111之间的层901和层903的部分。作为示例，首先在该结构的上表面侧上沉积例如由钨制成的金属层，该金属层涂覆透明区域111的上表面，并且涂覆位于透明区域111之间的层901和层903的部分。然后，例如通过光刻和蚀刻对金属区域进行结构化，以形成掩模905。作为变型，可以在沉积层901和层903之前，形成掩模905。在该情况下，掩模905例如覆盖沟槽707的底部。

掩模905使得能够避免图像传感器103的像素105之间的光学串扰现象以及寄生耦合和谐振。

此后，还可以提供形成微透镜119的可选步骤。

图10A和图10B是示意性且部分地图示根据一个实施例的制造图5A和图5B的光学滤光器501的方法的示例的连续步骤的截面图。

图10A更精确地图示了在对先前关于图7A描述的结构的层703进行结构化(例如通过光刻和蚀刻)以形成光学滤光器501的垫117的步骤结束时获得的结构。

在所示示例中，层703的在垫117之间横向延伸的部分在蚀刻步骤期间被完全去除。作为变型，层703的在垫117之间横向延伸并且厚度小于垫117的厚度的部分可以在蚀刻结束时被保留。

图10B更精确地图示了在形成围绕垫117的透明区域111的步骤结束时获得的结构。

作为示例，由与层701的材料相同的材料制成的透明层首先被沉积在该结构的上表面侧上，该透明层例如涂覆垫117，并且涂覆层701的上表面的未被垫117覆盖的部分。然后，透明层例如被结构化(例如，通过光刻和蚀刻)，以形成透明区域111。

在所示示例中，透明层111被沟槽707横向分离。

例如，实施形成反射外围壁113的后续步骤(例如，与先前关于图7C描述的那些步骤类似)。

此后，还可以提供形成微透镜119的可选步骤。

已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。特别地，先前关于图5A、图5B和图6描述的光学滤光器501和601的垫117，可以用与先前关于图4描述的光学滤光器401的谐振元件相同或相似的谐振元件115来代替，例如，谐振元件115包括位于通孔内部的透明区域111的部分，通孔形成在折射率大于区域111的折射率的透明层中。

此外，本领域技术人员能够采用先前关于图7A和图7C描述的方法，通过在层701和层703之间插置例如具有比层703的厚度小的厚度的层，来形成图3的滤光器301，该层例如在关于图7B描述的步骤期间被用作蚀刻停止层。本领域技术人员还能够采用先前关于图7A和图7C描述的方法来形成图4的滤光器401，特别地，通过对层703进行蚀刻(在关于图7B描述的步骤处)，以便形成开口403。

基于本公开的指示，本领域技术人员还能够根据关于图7C、图8、图9A和图9B描述的变型之一，来形成滤光器101、201、301、401、501和601的反射外围壁113。

最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。特别地，本领域技术人员特别能够根据期望的波长范围，例如通过光学仿真计算机工具，来调整每个谐振腔109的宽度L和谐振元件115的横向尺寸D。

旨在被布置在可以被概括为包括多个像素(105)的图像传感器(103)前面的光学滤光器(101；201；301；401；501；601)，该滤光器包括针对每个像素的至少一个谐振腔(109)，至少一个谐振腔(109)包括透明区域(111)以及至少一个谐振元件(115)，透明区域(111)具有第一折射率并且由反射外围垂直壁(113)横向界定，至少一个谐振元件(115)形成在所述区域中。

位于所述至少一个谐振腔(109)中的一个谐振腔中的所述至少一个谐振元件(115)可以具有与位于另一谐振腔中的所述至少一个谐振元件的横向尺寸(D)不同的横向尺寸(D)。

所述至少一个谐振腔(109)中的一个谐振腔可以具有与另一谐振腔的宽度(L)不同的宽度(L)。

每个谐振元件(115)可以包括垫(117)，垫(117)具有第二折射率，第二折射率大于第一折射率。

每个谐振元件(115)还可以包括透明层(203)，透明层(203)具有第三折射率，并且在谐振腔(109)中横向延伸，第三折射率大于第一折射率。

第三折射率可以基本等于第二折射率。

每个谐振元件(115)可以包括透明区域(111)的以下部分：该部分位于形成在透明层(405)中的通孔(403)内部，该透明层(405)具有第四折射率，并且在谐振腔(109)中横向延伸，第四折射率大于第一折射率。

针对每个像素(105)，滤光器(101；201；301；401)可以包括单个谐振腔(109)。

针对每个像素(105)，滤光器(501；601)可以包括多个谐振腔(109)。

反射外围垂直壁(113)可以由金属制成。

反射外围垂直壁(113)可以包括由具有不同折射率的材料制成的电绝缘层的堆叠。

滤光器还可以包括针对每个腔(109)的与所述腔垂直对齐定位的微透镜(119)。

多光谱图像传感器(100；200；300；400；500；600)可以被概括为包括图像传感器(103)和光学滤光器(101；201；301；401；501；601)，图像传感器(103)包括形成在半导体衬底(107)内部和顶部上的多个像素(105)。

制造旨在被布置在可以被概括为包括多个像素(105)的图像传感器(103)前面的光学滤光器(101；201；301；401；501；601)的方法，该方法包括以下连续步骤：a)针对每个像素，在透明层(701，705)中形成至少一个谐振元件(115)；以及b)将透明层划分为多个透明区域(111)，每个透明区域(111)包括谐振元件中的至少一个谐振元件；以及c)利用反射外围垂直壁(113)覆盖每个透明区域的侧面，其中针对每个像素，透明区域和反射外围壁形成谐振腔(109)。

上述各种实施例可以被组合以提供另外的实施例。如果需要采用各种专利、申请和出版物的概念来提供更进一步的实施例，则可以修改实施例的方面。

可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在所附权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及这种权利要求被赋予的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (18)

1.一种光学滤光器，包括，

至少一个谐振腔，包括透明区域和至少一个谐振元件，所述透明区域具有第一折射率并且由反射外围垂直壁横向界定，所述至少一个谐振元件形成在所述区域中。

2.根据权利要求1所述的滤光器，其中位于所述至少一个谐振腔中的一个谐振腔中的所述至少一个谐振元件具有与位于另一谐振腔中的所述至少一个谐振元件的横向尺寸不同的横向尺寸。

3.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述至少一个谐振腔中的一个谐振腔具有与另一谐振腔的宽度不同的宽度。

4.根据权利要求1所述的滤光器，其中每个谐振元件包括垫，所述垫具有第二折射率，所述第二折射率大于所述第一折射率。

5.根据权利要求4所述的滤光器，其中每个谐振元件还包括透明层，所述透明层具有第三折射率，并且在所述谐振腔中横向延伸，所述第三折射率大于所述第一折射率。

6.根据权利要求5所述的滤光器，其中所述第三折射率基本等于所述第二折射率。

7.根据权利要求1所述的滤光器，其中每个谐振元件包括所述透明区域的以下部分：所述部分位于形成在透明层中的通孔内部，所述透明层具有第四折射率，并且在所述谐振腔中横向延伸，所述第四折射率大于所述第一折射率。

8.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述反射外围垂直壁由金属制成。

9.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述反射外围垂直壁包括由具有不同折射率的材料制成的电绝缘层的堆叠。

10.根据权利要求1所述的滤光器，还包括：针对每个腔的与所述腔垂直对齐定位的微透镜。

11.一种多光谱图像传感器，包括：

半导体衬底；

图像传感器，包括形成在所述半导体衬底内部和顶部上的多个像素；以及

光学滤光器，包括：

至少一个谐振腔，具有透明区域，所述透明区域具有第一折射率，并且由反射外围垂直壁横向界定；以及

至少一个谐振元件，形成在所述透明区域中。

12.一种方法，包括：

在包括多个像素的图像传感器前面形成光学滤光器，所述方法包括以下连续步骤：

a)针对每个像素，在透明层中形成至少一个谐振元件；以及

b)将所述透明层划分为多个透明区域，每个透明区域包括所述谐振元件中的至少一个谐振元件；以及

c)利用反射外围垂直壁覆盖每个透明区域的侧面，其中针对每个像素，所述透明区域和所述反射外围壁形成谐振腔。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：将位于所述至少一个谐振腔中的一个谐振腔中的所述至少一个谐振元件形成为具有与位于另一谐振腔中的所述至少一个谐振元件的横向尺寸不同的横向尺寸。

14.根据权利要求12所述的方法，包括：将所述至少一个谐振腔形成为具有与另一谐振腔的宽度不同的宽度。

15.一种设备，包括：

衬底；

多个像素，位于所述衬底中；

光学滤光器，位于所述多个像素上，所述光学滤光器包括：

第一谐振元件；

第一透明层，位于所述第一谐振元件上；

第一反射壁，横向于所述衬底的表面；

第二反射壁，横向于所述衬底的所述表面，所述第一谐振元件位于所述第一反射壁和所述第二反射壁之间。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述光学滤光器包括

第二谐振元件；以及

第二透明层，位于所述第二谐振元件上。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述光学滤光器包括第一谐振腔和第二谐振腔，所述第一谐振腔包括所述第一谐振元件，所述第二谐振腔包括所述第二谐振元件。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第二反射壁位于所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间。