DE102007023562A1 - Integrated optical component with zone plate diffraction optics - Google Patents

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Abstract

Ein integriertes Bauteil mit einer Filterstruktur aus einer ersten strukturierten Metallschicht mit ener Zonenplattenstruktur mit einem Feldkonzentrationsbereich und einem opto-elektronischen Bauelement, wobei dei Filterstruktur und das opto-elektronische Bauelement derart in einem Halbleitersubstrat integriert sind, so dass das opto-elektronische Bauelement in dem Feldkonzentrationsbereich der Filterstruktur angeordnet ist.An integrated component having a filter structure comprising a first structured metal layer having a zone plate structure with a field concentration region and an optoelectronic component, wherein the filter structure and the optoelectronic component are integrated in a semiconductor substrate such that the optoelectronic component is in the field concentration region the filter structure is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein integriertes optisches Bauteil mit einer auf Zonenplatten basierenden Optik, das beispielsweise als Sensorelement oder Leuchtelement für eine Farbsensorik bzw. Farbanzeige eingesetzt werden kann.The The present invention relates to an integrated optical Component with a zonal plate-based optics, for example as a sensor element or luminous element for a color sensor or color display can be used.

Eine Farbe eines Objekts ist beispielsweise ein guter Indikator zur Qualitätskontrolle bei verschiedenen Fertigungsprozessen. Um die Farbe eines Objekts festzustellen, können optische Farbsensoren verwendet werden. Optische Farbsensoren auf Basis von Silizium-Photodioden mit zusätzlichem Farbfilter für eine entsprechende spektrale Selektivität sind seit langem bekannt. Ein derartiger optischer Farbsensor umfasst mehrere getrennte Photodioden mit beschichteten Oberflächen. Die optisch wirksamen Farbschichten sind spektral selektiv, so dass nur ein entsprechender Teil eines insgesamt einfallenden elektromagnetischen Spektrums durchgelassen wird und die restlichen Spektralanteile absorbiert oder reflektiert werden.A For example, the color of an object is a good indicator of quality control in different manufacturing processes. To the color of an object determine optical color sensors can be used. Optical color sensors based on silicon photodiodes with additional Color filter for a corresponding spectral selectivity have been known for a long time. Such an optical color sensor comprises several separate photodiodes with coated surfaces. The optically active color layers are spectrally selective, so that only a corresponding part of a total incident electromagnetic Spectrum is passed through and the remaining spectral components absorbed or reflected.

Bildsensoren, die eine Matrix bestehend aus mehreren Millionen Pixeln aufweisen, wobei jedes Pixel wenigstens drei Photodioden umfasst, die auf ihrer lichtempfindlichen Oberfläche einen optischen Bandpass-Filter aufweisen, sind ebenfalls bekannt. Solche Bildsensoren können für Kameraanwendungen eingesetzt werden.Image sensors, which have a matrix consisting of several million pixels, wherein each pixel comprises at least three photodiodes mounted on it photosensitive surface an optical bandpass filter are also known. Such image sensors can used for camera applications.

Optische Farbsensoren können allerdings auch ohne klassische Farbfilter aufgebaut werden. In der Schrift US 6998660 B2 wird beispielsweise ein Farbsensor beschrieben, dessen Funktionsprinzip auf einer stark wellenlängenabhängigen Absorption von Silizium beruht. In der Veröffentlichung P. B. Catrysse und B. A. Wandell, „Integrated color Pixels in 0.18-μm complementary metal Oxide semiconductor technology", wird ein Farbsensor auf Basis von periodisch strukturierten Metallschichten beschrieben, wobei der Farbsensor in einer CMOS-Technologie implementiert ist. Die Schrift US 7129982 B1 beschreibt einen Farbsensor, der aus einem Photodioden-Array hergestellt in CMOS-Technologie besteht, sowie aus einem sogenannten Echelon-Gitter aus einem Sol-Gelmaterial, das in einem zusätzlichen Prozessschritt aufgebracht wird. Die Oberseite des Gitters ist dabei durch eine Schutzschicht geschützt.However, optical color sensors can also be set up without classic color filters. In Scripture US 6998660 B2 For example, a color sensor is described whose operating principle is based on a strongly wavelength-dependent absorption of silicon. In the publication PB Catrysse and BA Wandell, "Integrated color pixels in 0.18-μm complementary metal oxide semiconductor technology", a color sensor based on periodically structured metal layers is described, wherein the color sensor is implemented in a CMOS technology US Pat. No. 7,129,982 B1 describes a color sensor, which consists of a photodiode array made in CMOS technology, as well as a so-called echelon grid of a sol-gel material, which is applied in an additional process step. The top of the grid is protected by a protective layer.

Soll ein optischer Farbsensor klassisch, d. h. mit Farbfilter, aufgebaut werden, so sind dazu bisher zwei Technologieschritte erforderlich. Zunächst wird eine Photodiode beispielsweise in einem CMOS-Prozess hergestellt. In einem darauffolgenden Schritt wird die Photodiode bzw. deren Oberfläche optisch beschichtet. Werden dazu Standard-Technologien verwendet, so wird eine genau definierte spektrale Filterung von einzelnen Farbkanälen erhalten, welche nicht beliebig gewählt werden können, sondern meistens vorgegeben sind.Should an optical color sensor classic, d. H. with color filter, constructed two technology steps are required so far. First, a photodiode becomes, for example, in a CMOS process produced. In a subsequent step, the photodiode or the surface of which is optically coated. Become one Standard technologies used, so is a well-defined spectral filtering obtained from individual color channels, which are not arbitrary can be chosen, but mostly given are.

Der in der Schrift US 6998660 B2 beschriebene Farbsensor weist einen vertikalen Aufbau auf. In dieser Art realisierte Farbsensoren weisen eine relativ schlechte spektrale Trennung auf, da keine Farbfilter mit steilen Flanken realisiert werden können. Des Weiteren besteht aufgrund eines an zahlreichen Strukturen entstehenden Streulichts ein großes Übersprechen zwischen verschiedenen Farbkanälen.The one in the script US 6998660 B2 described color sensor has a vertical structure. Color sensors realized in this manner have a relatively poor spectral separation since no color filters with steep edges can be realized. Furthermore, there is a large crosstalk between different color channels due to a scattered light arising from numerous structures.

Der in der Veröffentlichung „Integrated color Pixels in 0.18-μm complementary metal Oxide semiconductor technology" beschriebene Farbsensor weist einen Photodiodenchip auf, der mit periodisch strukturierten Metallschichten abgedeckt ist, welche stets eine gleiche Struktur aufweisen und ohne einen lateralen Versatz direkt übereinander angeordnet sind. Der beschriebene Aufbau funktioniert allerdings nur bei nahezu idealen Bedingungen zufriedenstellend. D. h., der beschriebene Farbsensor muss mit gut kollimiertem Licht bestrahlt werden, welches senkrecht zu den strukturierten Metallschichten einfällt. Außerdem muss das Licht linear polarisiert sein. Des Weiteren hat die Gitterstruktur der strukturierten Metallschicht keine fokussierende Wirkung. Daher entsteht zwischen benachbarten Photodioden Übersprechen zwischen unterschiedlichen Farbkanälen. Zwei übereinanderliegende Metallschichten bilden definitionsgemäß einen sogenannten Fabry-Perot-Resonator, welcher sehr empfindlich bezüglich der Qualität der Metalloberfläche und insbesondere des Schichtabstands ist. Dies hat zur Folge, dass eine solche Struktur sehr empfindlich hinsichtlich von Toleranzen von CMOS-Prozessen ist.Of the in the publication "Integrated color Pixels in 0.18-μm complementary metal oxide semiconductor technology " described color sensor has a photodiode chip, which with periodically structured metal layers is covered, which always have a same structure and without a lateral offset are arranged directly above one another. The described structure works satisfactorily only under almost ideal conditions. That is, the color sensor described must be in well-collimated light which are perpendicular to the structured metal layers incident. In addition, the light must be linearly polarized be. Furthermore, the lattice structure has the structured metal layer no focusing effect. Therefore arises between adjacent ones Photodiodes Crosstalk between different color channels. Two superimposed By definition, metal layers form one so-called Fabry-Perot resonator, which is very sensitive to the Quality of the metal surface and in particular of the Layer spacing is. As a result, such a structure very sensitive to tolerances of CMOS processes is.

Die Schrift US 7129982 zeigt eine Photodiode mit abgeformtem Echelon-Gitter. Dieses Gitter ist eine optische Mikrostruktur und ein Aufbau solcher Strukturen ist im Rahmen eines CMOS-Prozesses mit zusätzlichen Prozessschritten möglich. Die optische Struktur muss mechanisch geschützt sein und hat, ebenso wie die Gitterstrukturen der Metallschichten in der Veröffentlichung „Integrated color Pixels in 0.18-μm complementary metal Oxide semiconductor technology", keinen Schutz gegen Streulicht aus anderen Beugungsordnungen.The font US 7129982 shows a photodiode with a molded echelon grid. This grating is an optical microstructure and a structure of such structures is possible in the context of a CMOS process with additional process steps. The optical structure must be mechanically protected and, like the lattice structures of the metal layers in the publication "Integrated color pixels in 0.18-μm complementary metal oxide semiconductor technology", has no protection against stray light from other diffraction orders.

Wünschenswert wäre daher ein vollständig, d. h. ohne zusätzliche Prozessschritte, in einem herkömmlichen CMOS-Prozess herstellbares integriertes optisches Bauteil mit hoher spektraler Selektivität, das als Farbsensor bzw. als Sensorelement zur Selektion einer gewünschten elektromagnetischen Wellenlänge eingesetzt werden kann.Desirable would therefore be a complete, d. H. without additional Process steps, manufacturable in a conventional CMOS process integrated optical component with high spectral selectivity, as a color sensor or as a sensor element for selecting a desired electromagnetic wavelength can be used.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein integriertes optisches Bauteil mit verbesserter spektraler Selektivität und zugleich mit fokussierender Wirkung bereitzustellen, das vollständig in CMOS-Prozessschritten hergestellt werden kann.The object of the present invention is therefore an integrated optical component with improved spectral selectivity and at the same time with a focussing effect that can be produced completely in CMOS process steps.

Diese Aufgabe wird durch ein integriertes Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen integrierten Farbarray gemäß Anspruch 18 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 19 gelöst.These Task is characterized by an integrated component with the characteristics of Patent claim 1, an integrated Farbarray according to claim 18 and a method according to claim 19 solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein integriertes optisches Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften realisiert werden kann, indem ein opto-elektonisches Bauelement, in Form eines Pixelsensors oder einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, gemeinsam mit einem Schichtstapel aus dielektrischen Schichten und strukturierten Metallschichten auf ein Substrat integriert wird, wobei die strukturierten Metallschichten eine Zonenplattenstruktur aufweisen, wie z. B. ein Array von Zonenplatten, die einem Bauelement zugeordnet sind.Of the The present invention is based on the finding that an integrated realized optical component with the desired properties can be by an opto-electronic device, in the form of a Pixel sensor or an electromagnetic radiation source, in common with a layer stack of dielectric layers and structured Metal layers is integrated on a substrate, the structured Metal layers have a zone plate structure, such as. B. a Array of zone plates associated with a device.

Eine Zonenplatte weist eine fokussierende Wirkung auf. Aus der Theorie der Zonenplatte folgt, dass bei einem entsprechenden Verhältnis von Radien von transparenten und nicht transparenten Zonen in einem bestimmten Abstand von der Zonenplatte für eine vorbestimmte Wellenlänge bzw. einen vorbestimmen Wellenlängenbereich eine Konzentration der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichts ähnlich einem Brennpunkt entsteht. Ein an dieser Stelle platziertes opto-elektonisches Bauelement, beispielsweise in Form einer Photodiode, kann nun von einer mit Zonenplattenstruktur strukturierten Metallschicht so abgedeckt werden, dass nur die elektromagnetische Strahlung bzw. das Licht der gewünschten Wellenlänge λres oder des gewünschten Wellenlängenbereichs zumindest näherungsweise verlustfrei auf das opto-elektonische Bauelement trifft, während andere Wellenlängen ausgefiltert werden.A zone plate has a focusing effect. It follows from the theory of the zone plate that with a corresponding ratio of radii of transparent and non-transparent zones at a certain distance from the zone plate for a predetermined wavelength or a predetermined wavelength range, a concentration of the electromagnetic radiation or the light is similar to a focal point. An optoelectronic component placed at this point, for example in the form of a photodiode, can now be covered by a metal layer structured with zone plate structure such that only the electromagnetic radiation or the light of the desired wavelength λ res or of the desired wavelength range is at least approximately lossless the optoelectronic component strikes while other wavelengths are filtered out.

Durch eine optionale, weitere strukturierte Metallschicht, beispielsweise mit einer Öffnung, zwischen der mit Zonenplattenstruktur strukturierten Metallschicht und dem opto-elektonischen Bauelement kann eine spektrale Trennung ge genüber Ausführungsbeispielen ohne diese weitere Metallschicht nochmals verbessert werden.By an optional, further structured metal layer, for example with an opening, between the zone plate structure structured metal layer and the opto-electronic device can a spectral separation ge compared with embodiments be further improved without this additional metal layer.

Mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können steile Filterflanken und eine hohe spektrale Auflösung erzielt werden, da ein integriertes Bauteil gemäß Ausführungsbeispielen so ausgelegt werden kann, dass nur eine vorbestimmte Wellenlänge durch die strukturierte(n) Metallschicht(en) hindurch gelangt. Ferner ist es möglich, die spektrale Bandbreite des Pixelsensors innerhalb eines CMOS-Prozesses anzupassen, d. h. die spektralen Eigenschaften eines Farbkanals können frei definiert werden.With Embodiments of the present invention can steep filter edges and a high spectral resolution be achieved because an integrated component according to embodiments can be designed so that only a predetermined wavelength through the structured metal layer (s). Further is it possible to use the spectral bandwidth of the pixel sensor within a CMOS process, d. H. the spectral properties of a color channel can be freely defined.

Gemäß einer Ausführungsform kann das integrierte optische Bauteil als Sensorelement zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ausgebildet sein. Dabei ist das opto-elektonische Bauelement als Pixelsensor, insbesondere als Fotodiode, ausgebildet.According to one Embodiment, the integrated optical component as Sensor element for detecting electromagnetic radiation be formed of a predetermined wavelength range. In this case, the optoelectronic component is a pixel sensor, in particular as a photodiode formed.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das integrierte optische Bauteil als eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Ausstrahlen von elektromagnetischer Strahlung eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs ausgebildet sein. Dabei ist das opto-elektonische Bauelement als Strahlungsquelle, insbesondere als Leuchtdiode, ausgebildet.According to one In another embodiment, the integrated optical component as an electromagnetic radiation source for radiating electromagnetic Formed radiation of a predetermined wavelength range be. In this case, the optoelectronic component is a radiation source, in particular as a light-emitting diode.

Bei einem als optischer Sensor wirkenden integrierten Bauteil gemäß Ausführungsbeispielen wird eine auf einer dem Pixelsensor bzw. der Photodiode abgewandten Seite der mit Zonenplattenstruktur strukturierten Metallschicht einfallende elektromagnetische Strahlung durch die auf den vorbestimmten Wellenlängenbereich abgestimmte Zonenplattenstruktur gefiltert, so dass in einer Nähe des Pixelsensors nur noch elektromagnetische Strahlung des vorbestimmten Wellenlängebereichs empfangbar ist. D. h. der Pixelsensor ist in einem Feldkonzentrationsbereich – im folgenden auch manchmal als Brennpunktbereich bezeichnet – der Zonenplatte an geordnet. Durch die fokussierende Wirkung der Zonenplatte wird in der Nähe des Pixelsensors das elektromagnetische Feld des vorbestimmten Wellenlängenbereichs konzentriert.at an acting as an optical sensor integrated component according to embodiments becomes one on a the pixel sensor or the photodiode facing away Side of the zone plate structured metal layer incident electromagnetic radiation through the to the predetermined wavelength range tuned zone plate structure filtered so that in a close of the pixel sensor only electromagnetic radiation of the predetermined Wavelength range is receivable. Ie. the pixel sensor is in a field concentration range - in the following as well sometimes referred to as focal area - the zone plate ordered. Due to the focusing effect of the zone plate is near the pixel sensor, the electromagnetic field of the predetermined wavelength range.

Bei einem als Strahlungsquelle wirkenden integrierten Bauteil gemäß Ausführungsbeispielen wird eine auf einer der Lichtquelle bzw. Leuchtdiode zugewanden Seite der mit Zonenplattenstruktur strukturierten Metallschicht einfallende elektromagnetische Strahlung der Lichtquelle durch die auf den vorbestimmten Wellenlängenbereich abgestimmte Zonenplattenstruktur gefiltert, so dass auf einer der Lichtquelle bzw. Leuchtdiode abgewandten Seite der mit Zonenplattenstruktur strukturierten Metallschicht austretende elektromagnetische Strahlung im Brennpunktbereich nur noch Wellenlängen des vorbestimmten Wellenlängenbereichs aufweist. Auch hier wird die Lichtquelle vorzugsweise in dem Brennpunktbereich der Zonenplatte angeordnet. In dem Fall eines Leuchtelements als elektrooptischem Bauelement kann zudem die Sub-Lambda-Zonenplattenstruktur eine positive, die Raumwinkelverteilung beeinflussende Wirkung aufweisen.at an acting as a radiation source integrated component according to embodiments one is assigned to one of the light source or light emitting diode Side of the zone plate structured metal layer incident electromagnetic radiation of the light source through the Zone plate structure tuned to the predetermined wavelength range filtered, so that on one of the light source or light emitting diode facing away Side of the zone layer structure structured metal layer emerging electromagnetic radiation in the focal area only wavelengths of the predetermined wavelength range. Here too will the light source preferably in the focus area of the zone plate arranged. In the case of a luminous element as electro-optical Component, the sub-lambda zone plate structure may also have a positive, have the solid angle distribution influencing effect.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Abstand zwischen dem opto-elektronischen Bauelement und der nächstgelegenen mit Zonenplattenstruktur strukturierten Metallschicht kleiner als 20 μm oder liegt zwischen 6 und 10 μm.According to embodiments, the distance between the opto-electronic device and the nearest with zone plates Structure structured metal layer smaller than 20 microns or is between 6 and 10 microns.

Aus einer Mehrzahl von als optische Sensoren wirkenden Bauteilen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein integrierter Farbsensor aufgebaut werden, indem eine Mehrzahl von Sensorelementen mit Zonenplatten und Pixelsensoren in einer Ebene benachbart zueinander integriert wird. Dabei können einzelne Zonenplatten aus dem Array der einzelnen Sensorelemente auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche eingestellt werden. Für einen RGB-Farbsensor (RGB = Rot Grün Blau) werden benachbarte Sensorelemente beispielsweise auf rotes, grünes und blaues Licht eingestellt.Out a plurality of components acting as optical sensors according to embodiments For example, the present invention may include an integrated Color sensor can be constructed by a plurality of sensor elements with zone plates and pixel sensors in a plane adjacent to each other is integrated. In this case, individual zone plates can the array of individual sensor elements set to different wavelength ranges become. For an RGB color sensor (RGB = red green Blue), adjacent sensor elements are for example red, green and blue light set.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit integrierten Bauteilen gemäß Ausführungsbeispielen eine hohe spektrale Auflösung und steile Filterflanken erzielt werden können, und zwar unabhängig von Lichtpolarisationseigenschaften und unabhängig von einer Divergenz des Lichtes, da ein integriertes Bauteil gemäß Ausführungsbeispielen auf nur eine Wellenlänge bzw. einen kleinen Wellenlängenbereich eingestellt werden kann. Des Weiteren kann mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die spektrale Filterbreite des innerhalb eines CMOS-Prozesses realisierten Filters angepasst werden, das heißt, die spektralen Eigenschaften eines Farbkanals können nahezu frei definiert werden, und zwar nur im Rahmen der Herstellung ohne zusätzliche Prozessierung.One Advantage of the present invention is that with integrated Components according to embodiments a high spectral resolution and steep filter edges can be achieved, regardless of Lichtpolarisationseigenschaften and independently of one Divergence of the light, as an integrated component according to embodiments to only one wavelength or a small wavelength range can be adjusted. Furthermore, with embodiments of the present invention, the spectral width of the filter within be adapted to a CMOS process realized filter means the spectral properties of a color channel can be defined almost freely, and only in the context of production without additional processing.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine Realisierung eines einfachen Farbsensors. Des Weiteren können farbempfindliche Pixel in einem zweidimensionalen Bildsensor realisiert werden. Dabei umfasst ein farbempfindlicher Pixel bzw. ein Superpixel beispielsweise drei Sensorelementen für unterschiedliche Wellenlängen.embodiments The present invention enables realization a simple color sensor. Furthermore, color-sensitive Pixel can be realized in a two-dimensional image sensor. there includes a color-sensitive pixel or a superpixel, for example three sensor elements for different wavelengths.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass für ein Funktionieren eines integrierten Bauteils gemäß Ausführungsbeispielen und die fokussierende Wirkung desselben nicht zwingend kollimiertes und/oder polarisiertes Licht erforderlich ist.One Another advantage of the present invention is that for a functioning of an integrated component according to embodiments and the focusing effect of the same not necessarily collimated and / or polarized light is required.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred Embodiments of the present invention will be with reference to the accompanying drawings explained. Show it:

1 eine schematische perspektivische Darstellung eines integrierten Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic perspective view of an integrated component according to an embodiment of the present invention;

2 eine Seitenansicht eines mit CMOS-Technik gefertigten Schichtstapels aus opto-elektronischem Bauelement, Metallschichten und dielektrischen Schichten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a side view of a manufactured using CMOS technology layer stack of opto-electronic device, metal layers and dielectric layers, according to an embodiment of the present invention;

3a eine Seitenansicht eines in CMOS-Technik gefertigten integrierten Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3a a side view of a manufactured in CMOS technology integrated component according to an embodiment of the present invention;

3b eine Seitenansicht eines in CMOS-Technik gefertigten integrierten Bauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3b a side view of a manufactured in CMOS technology integrated component according to another embodiment of the present invention;

4 eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer strukturierten Metallschicht mit Zonenplattenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a plan view and a side view of a structured metal layer with zone plate structure according to an embodiment of the present invention;

5 eine schematische Darstellung der fokussierenden Wirkungsweise der Zonenplattenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic representation of the focusing operation of the zone plate structure according to an embodiment of the present invention;

6 eine Seitenansicht eines in CMOS-Technik integrierten Bauteils mit zwei mit Zonenplattenstrukturen versehenen Metallschichten, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a side view of a device integrated in CMOS technology with two provided with zone plate structures metal layers, according to another embodiment of the present invention;

7 eine Seitenansicht eines in CMOS-Technik integrierten Farbsensors mit einer Mehrzahl von integrierten Bauteilen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 a side view of a color sensor integrated with CMOS technology with a plurality of integrated components, according to an embodiment of the present invention;

8a eine Draufsicht einer strukturierten Metallschicht mit mehreren Zonenplattenstrukturen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 8a a plan view of a structured metal layer having a plurality of zone plate structures, according to an embodiment of the present invention; and

8b eine Seitenansicht eines integrierten Bauteils mit einer strukturierten Metallschicht gemäß 8a. 8b a side view of an integrated component with a structured metal layer according to 8a ,

Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen, im Nachfolgenden dargestellten, Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.In terms of the following description should be noted that at the same embodiments or the same functionally identical functional elements have the same reference numerals and thus the description of these functional elements in the different, in the following, embodiments with each other are interchangeable.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines integrierten Bauteils 10 zur Filterung von elektromagnetischer Strahlung eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs. 1 shows a schematic side view of an integrated component 10 for filtering electromagnetic radiation of a predetermined wavelength range.

Das integrierte Bauteil 10 weist eine Filterstruktur 12 aus einer strukturierten Metallschicht mit einer Zonenplattenstruktur 14 und ein opto-elektronisches Bauelement 16 auf, wobei die Filterstruktur 12 und das opto-elektronische Bauelement 16 derart in einem Halbleitersubstrat integriert sind, so dass das opto-elektronische Bauelement 16 in einem Feldkonzentrationsbereich der Filterstruktur 12 angeordnet ist.The integrated component 10 has a filter structure 12 from a structured metal layer with a zone plate structure 14 and an opto-electronic device 16 on, with the filter structure 12 and the opto-electronic device 16 are integrated in such a semiconductor substrate, so that the opto-electronic device 16 in a field concentration area of the filter structure 12 is arranged.

Die Filterstruktur 12 weist eine Sub-Lambda-Zonenplattenstruktur 14 auf, in der konzentrische Ringe eine Zonenplatte definieren. Wie es mit gestrichelten Linien gezeigt ist, kann die Zonenplattenstruktur 14 aber auch ein Array von Zonenplatten aufweisen, die dem einen Bauelement 16' zugeordnet ist. Obwohl hier nur ein 3×3-Array von Zonenplatten gezeigt sind, sind andere Verhältnisse auch möglich. Insbesondere ist es möglich, dass das Bauelement 16' größer oder kleiner als die Ausdehnung des Arrays ist. Die folgende Beschreibung konzentriert sich vornehmlich auf die isolierte Betrachtung einer Zonenplatte, aber die Betrachtungen sind dann auch übertragbar auf den Fall eines Arrays von Zonenplatten, indem die entsprechenden Maßnahmen auf alle Zonenplatten 14a–14i übertragen werden. Die alle Zonenplatten 14a–14i übertragen werden. Die Abmessung der einzelnen transmittierenden und nicht transmittierenden Zonen der Zonenplatten kann variieren, wobei aber beispielsweise zumindest eine transmittierende Zone irgendeiner Ordnung eine Zonenbreite kleiner als die gewünschte Durchlasswellenlänge λ (Lambda) des Zonenplattenstrukturfilters, wie z. B. kleiner als 2 μm oder sogar 1,2 μm, aufweist. Näher wird ein exemplarischer Aufbau Bezug nehmend auf 4 erläutert.The filter structure 12 has a sub-lambda zone plate structure 14 in which concentric rings define a zone plate. As shown in dashed lines, the zone plate structure 14 but also have an array of zone plates that the one component 16 ' assigned. Although only a 3x3 array of zone plates is shown here, other ratios are possible. In particular, it is possible that the component 16 ' is larger or smaller than the extent of the array. The following description focuses primarily on the isolated viewing of a zone plate, but the considerations are then also applicable to the case of an array of zone plates, by taking the appropriate measures on all zone plates 14a - 14i be transmitted. The all zone plates 14a - 14i be transmitted. The dimension of the individual transmissive and non-transmissive zones of the zone plates may vary, but, for example, at least one transmissive zone of any order has a zone width less than the desired passband wavelength λ (lambda) of the zone plate structure filter, such as z. B. less than 2 microns or even 1.2 microns. Further, an exemplary construction will be referred to 4 explained.

Die verschiedenen Zonen einer Zonenplatte unterscheiden sich dabei in ihrer Transparenz. Im einen Fall wird die elektromagnetische Strahlung an den ringförmigen Spalten gebeugt und durch konstruktive Interferenz in wellenlängenspezifischen Feldkonzentrationsbereichen verstärkt. Je nachdem für welche Wellenlänge λres bzw. für welchen vordefinierten Wellenlängenbereich das integrierte Bauteil 10 empfindlich sein soll, wird das opto-elektronische Bauelement 16 in unterschiedlichen Abständen zu der strukturierten Metallschicht mit Zonenplattenstruktur 14 angeordnet. Der Abstand des opto-elektronischen Bauelements 16 von der Zonenplatte 14 wird durch den Feldkonzentrationsbereich der Zonenplatte für die vorbestimmte Wellenlänge λres festgelegt. Eine Zonenplatte mit binärer Abstufung, also völlig transparent abwechselnd mit total nicht transparent, so wie sie in 1 schematisch dargestellt ist, hat viele Brennpunkte für jeweils verschiedene Wellenlängen.The different zones of a zone plate differ in their transparency. In one case, the electromagnetic radiation is diffracted at the annular gaps and amplified by constructive interference in wavelength-specific field concentration ranges. Depending on which wavelength λ res or for which predefined wavelength range the integrated component 10 is to be sensitive, is the opto-electronic device 16 at different distances to the structured metal layer with zone plate structure 14 arranged. The distance of the opto-electronic device 16 from the zone plate 14 is set by the field concentration area of the zone plate for the predetermined wavelength λ res . A zone plate with binary gradation, so completely transparent alternating with totally not transparent, as they are in 1 is shown schematically, has many focal points for each different wavelengths.

Bei Ausführungsbeispielen bewirkt die Zonenplattenstruktur 14 für auf einer dem opto-elektronischen Bauelement 16 abgewandten Seite der Metallschicht eintreffenden elektromagnetischen Strahlung 18 eine spektrale Selektion bzw. eine spektrale Filterung sowie eine Fokussierung elektromagnetischer Strahlung eines vordefinierten Wellenlängenbereichs in dem Feldkonzentrationsbereich, so dass nahe einer dem opto-elektronischen Bautelement 16 zugewandten Seite bzw. nahe dem opto-elektronischen Bauelement 16 für den vordefinierten Wellenlängenbereich eine elektomagnetische Feldkon zentration in dem Feldkonzentrationsbereich vorherrscht, welche von dem opto-elektronischen Bauelement 16 detektiert werden kann. Dabei handelt es sich bei Ausführungsbeispielen bei dem opto-elektronischen Bauelement 16 um ein Bauelement, das elektromagnetische Strahlung in ein elektrisches Signal umwandeln kann, wie z. B. ein PN-Übergangssensor. Dabei meint ein PN-Übergangssensor einen Sensor mit einem durch unterschiedliche Dotierung realisierten PN-Übergang. Gemäß Ausführungsbeispielen ist der PN-Übergangssensor als Photodiode ausgebildet.In embodiments, the zone plate structure causes 14 for on an opto-electronic device 16 opposite side of the metal layer incident electromagnetic radiation 18 a spectral selection or a spectral filtering and a focusing of electromagnetic radiation of a predefined wavelength range in the field concentration range, so that close to the opto-electronic Bautelement 16 facing side or near the opto-electronic device 16 for the predefined wavelength range, an electromagnetic field concentration prevails in the field concentration range, which differs from the opto-electronic component 16 can be detected. These are in embodiments in the opto-electronic device 16 to a device that can convert electromagnetic radiation into an electrical signal, such. B. a PN junction sensor. In this case, a PN junction sensor means a sensor with a PN junction realized by different doping. According to embodiments, the PN junction sensor is designed as a photodiode.

Im optischen Wellenlängenbereich bedeutet dies eine spektrale Selektion einer bestimmten Wellenlänge bzw. eines vordefinierten Wellenlängenbereichs um die Wellenlänge durch die Zonenplatte 14, und eine Fokussierung des Lichts mit der vorbestimmten Wellenlänge λres im Feldkonzentrationsbereich. Welche Wellenlänge die Zonenplatte im Feldkonzentrationsbereich, in dem das opto-elektronische Bauelement 16 angeordnet ist, fokussiert und welche Wellenlängen von ihr herausgefiltert werden, hängt von der Struktur der Zonenplatte 14 und dem Abstand des opto-elektronischen Bauelements 16 von der Zonenplatte ab.In the optical wavelength range, this means a spectral selection of a specific wavelength or a predefined wavelength range around the wavelength by the zone plate 14 and focusing the light at the predetermined wavelength λ res in the field concentration area. Which wavelength is the zone plate in the field concentration range in which the opto-electronic device 16 is arranged, focused and which wavelengths are filtered out by it depends on the structure of the zone plate 14 and the distance of the opto-electronic device 16 from the zone plate.

Somit können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielsweise als Sensorelement verwendet werden, um elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, in dem vordefinierten Wellenlängenbereich zu detektieren.Consequently may embodiments of the present invention For example, be used as a sensor element to electromagnetic radiation, in particular light, in the predefined wavelength range to detect.

Bei einem als Strahlungsquelle wirkenden integrierten Bauteil 10 gemäß Ausführungsbeispielen ist das opto-elektronischen Bauelement 14 ein Bauelement, das ein elektrisches Signal in elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, umwandeln kann, wie z. B. eine Leuchtdiode. Hier wird eine auf einer der Leuchtdiode zugewanden Seite der strukturierten Metallschicht mit der Zonenplattenstruktur 14 einfallende elektromagnetische Strahlung der Leuchtdiode 16 durch die auf den vorbestimmten Wellenlängenbereich abgestimmte Struktur der Zonenplatte 14 gefiltert, so dass auf einer der Leuchtdiode 16 abgewandten Seite der Zonenplatte 14 austretende elektromagnetische Strahlung bzw. Licht in einem quasi unendlich weit entfernten Brennpunktbereich nur noch Wellenlängen des vorbestimmten Wellenlängenbereichs aufweist. Auch hier wird die Lichtquelle bzw. die Leuchtdiode 16 vorzugsweise in dem Feldkonzentrationsbereich der Zonenplatte 14 für den vorbestimmten Wellenlängenbereich angeordnet.In an integrated component acting as a radiation source 10 According to embodiments, the opto-electronic device 14 a device that can convert an electrical signal into electromagnetic radiation, in particular light, such. B. a light emitting diode. Here, a side of the structured metal layer with the zone plate structure attached to one of the light-emitting diodes becomes 14 incident electromagnetic radiation of the light emitting diode 16 by the structure of the zone plate tuned to the predetermined wavelength range 14 filtered so that on one of the light emitting diode 16 opposite side of the zone plate 14 emerging electromagnetic radiation or light in a quasi infinitely distant focus area only has wavelengths of the predetermined wavelength range. Again, the light source or the light emitting diode 16 preferably in the field concentration area of the zone plate 14 for the predetermined wavelength range assigns.

Sowohl bei einem Sensor als auch bei einer Strahlungsquelle ist das opto-elektronische Bauelement 16 also vorzugsweise in dem Brennpunktbereich der Zonenplatte 14 für den vorbestimmten Wellenlängenbereich angeordnet. Der Feldkonzentrationsbereich weist von der Zonenplatte 14 einen vorbestimmten Abstand d auf, der gemäß Ausführungsbeispielen kleiner ist als die zu selektierende Wellenlänge λres bzw. eine Wellenlänge des vorbestimmten Wellenlängenbereichs. Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Abstand d kleiner als 20 μm oder 6–10 μm.Both with a sensor and with a radiation source is the opto-electronic device 16 that is, preferably in the focal zone of the zone plate 14 arranged for the predetermined wavelength range. The field concentration area points from the zone plate 14 a predetermined distance d, which is smaller in accordance with embodiments than the wavelength to be selected λ res or a wavelength of the predetermined wavelength range. According to embodiments, the distance d is smaller than 20 μm or 6-10 μm.

Integrierte Bauteile basierend auf strukturierten Metallschichten mit Zonenplattenstruktur lassen sich mit CMOS-Prozessen, wie beispielsweise einem CMOS-Opto-Prozess realisieren, ohne dass zusätzliche Prozessschritte oder weitere Bearbeitungen erforderlich sind.integrated Components based on structured metal layers with zone plate structure can be used with CMOS processes, such as a CMOS opto-process realize without additional process steps or further processing is required.

Ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Bauteils 10 auf einem Substrat umfasst gemäß Ausführungsbeispielen einen Schritt des Erzeugens eines opto-elektonischen Bauelements 16 an einer Substratoberfläche des Substrats und ein Aufbringen einer Filterstruktur 12 mit wenigstens einer strukturierten Metallschicht mit Zonenplattenstruktur 14 auf das opto-elektonische Bauelement 16, so dass die Filterstruktur und das opto-elektonische Bauelement derart in dem Halbleitersubstrat integriert sind, so dass das opto-elektronische Bauelement 16 in einem Feldkonzentrationsbereich der Filterstruktur bzw. der Zonenplatten angeordnet ist, wobei das Erzeugen und das Aufbringen Teile eines CMOS-Prozesses sind.A method of manufacturing an integrated component 10 on a substrate according to embodiments comprises a step of generating an opto-electronic device 16 on a substrate surface of the substrate and applying a filter structure 12 with at least one structured metal layer with zone plate structure 14 on the optoelectronic component 16 such that the filter structure and the optoelectronic component are integrated in the semiconductor substrate such that the optoelectronic component 16 is arranged in a field concentration region of the filter structure or the zone plates, wherein the generating and the application are parts of a CMOS process.

Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst das Aufbringen der Filterstruktur 12 das Aufbringen wenigstens einer strukturierten Metallschicht, wobei die wenigstens eine strukturierte Metallschicht Mikrostrukturen in Form von Zonenplatten 14 aufweist, deren Abmessungen und Radien zwischen zwei benachbarten Zonen, eine Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge λres bzw. eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs in dem Brennpunktbereich erlauben.According to embodiments, the application comprises the filter structure 12 the application of at least one structured metal layer, wherein the at least one structured metal layer microstructures in the form of zone plates 14 whose dimensions and radii between two adjacent zones, a focusing of the electromagnetic radiation of a predetermined wavelength λ res or a predetermined wavelength range in the focal area allow.

Ein Zwischenprodukt eines CMOS-Herstellungsprozesses eines integrierten Bauteils gemäß Ausführungsbeispielen ist schematisch in 2 gezeigt.An intermediate product of a CMOS manufacturing process of an integrated component according to exemplary embodiments is shown schematically in FIG 2 shown.

Das in 2 gezeigte, noch nicht fertig hergestellte, integrierte Sensorelement umfasst ein Substrat 22, insbesondere ein Halbleitersubstrat, in dem ein opto-elektronisches Bauelement 16 eingebracht ist. Dabei ist das opto-elektronische Bauelement 16 in einer Ebene 24 angeordnet, die einer Feldkonzentrationsebene für den vorbestimmten Wellenlängenbereich entspricht, oder die zumindest sehr nahe zu dieser Feldkonzentrationsebene verläuft.This in 2 shown, not yet finished, integrated sensor element comprises a substrate 22 , in particular a semiconductor substrate, in which an optoelectronic component 16 is introduced. This is the opto-electronic device 16 in a plane 24 arranged, which corresponds to a field concentration level for the predetermined wavelength range, or at least very close to this field concentration level.

Die nicht fertiggestellte optische Struktur in 2 weist einen Schichtstapel aus metallischen Schichten 26 und dielektrischen Schichten 28 auf. 2 zeigt lediglich exemplarisch vier metallische Schichten 26-1 bis 26-4 und drei dielektrische Schichten 28-1 bis 28-3. Je nach Ausführungsform kann die Schichtanzahl von dem in 2 gezeigten Beispiel abweichen. In allen vier metallischen Schichten 26-1 bis 26-4 sind beispielsweise laterale deckungsgeliche Zonenplattenstrukturen gebildet. Alternative kann die dem Bauelement 16 nächstgelegene Metallschicht 26-1 eine als Blende fungierende Öffnung aufweisen, wie sie im folgenden erläutert wird, in welchem Fall diese Öffnung, das Bauele ment oder ein Ort dazwischen vertikal zentriert im Feldkonzentrationsbereich liegt.The unfinished optical structure in 2 has a layer stack of metallic layers 26 and dielectric layers 28 on. 2 merely shows by way of example four metallic layers 26-1 to 26-4 and three dielectric layers 28-1 to 28-3 , Depending on the embodiment, the number of layers of the in 2 differ from the example shown. In all four metallic layers 26-1 to 26-4 For example, lateral occlusion zone plate structures are formed. Alternative may be the component 16 nearest metal layer 26-1 Having an aperture acting as aperture, as will be explained below, in which case this opening, the compo ment or a place in between vertically centered in the field concentration range.

Bei einem integrierten Sensorelement gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Metallschichten 26-1 bis 26-3 durch Dielektrika ersetzt sein, so dass lediglich die darüber liegende Schicht 26-4 die Zonenplattenstruktur bildet.In an integrated sensor element according to an alternative embodiment of the present invention, the metal layers 26-1 to 26-3 be replaced by dielectrics, so that only the overlying layer 26-4 forms the zone plate structure.

Die jeweils unterste Metallschicht wird in einem Abstand d von dem opto-elektronischen Bauelement 16 angeordnet, wobei der Abstand d zumindest näherungsweise die „Brennweite" einer fokussierenden Zonenplatte in der/den darüber liegenden strukturierten Metallschicht(en) für eine bestimmte Wellenlänge angibt.The respective lowest metal layer is at a distance d from the opto-electronic device 16 wherein the distance d indicates at least approximately the "focal length" of a focusing zone plate in the overlying structured metal layer (s) for a particular wavelength.

Zwischen dem opto-elektronischen Bauelement 16 und der strukturierten Metallschicht 26-1 befindet sich das Substrat 22 bzw. ein Dielektrikum in Form von beispielsweise wenigstens einer dielektrischen Schicht.Between the opto-electronic component 16 and the structured metal layer 26-1 is the substrate 22 or a dielectric in the form of, for example, at least one dielectric layer.

2 zeigt also ein Beispiel für einen Schichtaufbau eines CMOS-Optoprozesses. Es handelt sich um eine sandwichartige Struktur, die Metallschichten 26, dielektrische Schichten 28 und ein opto-elektronischen Bauelement 16 in der Ebene 24 umfasst. 2 shows an example of a layer structure of a CMOS opto process. It is a sandwich-like structure, the metal layers 26 , dielectric layers 28 and an opto-electronic device 16 in the plane 24 includes.

Die Metallschichten 26 werden nun gemäß Ausführungsbeispielen derart strukturiert, dass sie eine gute optische Filterwirkung mit gleichzeitig fokussierender Wirkung aufweisen, ohne dass eine zusätzliche Farbfilterbeschichtung für das integrierte Bauteil nötig ist.The metal layers 26 are now structured according to embodiments such that they have a good optical filtering effect with concurrent focusing effect, without the need for an additional color filter coating for the integrated component.

3a zeigt eine schematische Seitenansicht eines in CMOS-Technik integrierten Bauteils 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3a shows a schematic side view of a component integrated in CMOS technology 30 according to an embodiment of the present invention.

Das integrierte Bauteil 30 weist eine strukturierte Metallschicht 32 mit Zonenplattenstruktur auf. Die Zonenplatte 14 der strukturierten Metallschicht 32 ist in transparente Zonen 34 und nicht transparente Zonen 36 aufgeteilt. Die transparenten Zonen 34 werden beispielsweise durch ein Dielektrikum 38 gebildet, welches zwischen der strukturierten Metallschicht 34 und dem opto-elektronischen Bauelement 16 angeordnet ist. Die Zonenplatte 14 der strukturierten Metallschicht 32 weist konzentrische Ringe auf, die aus den transparenten und nicht transparenten Zonen mit Sub-Lambda-Zonenbreite gebildet werden, und die einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, durch den senkrecht zu der strukturierten Metallschicht 32 eine Rotationsachse 40 des integrierten Bauteils 30 verläuft. Das opto-elektronische Bauelement 16 ist in einem Abstand d von der strukturierten Metallschicht 32 angeordnet, so dass sich das opto-elektronische Bauelement 16 in oder zumindest in der Nähe des Feldkonzentrationsbereichpunkts der Zonenplatte 14 der strukturierten Metallschicht 32 für eine vordefinierte Wellenlänge λres bzw. einen vordefinierten Wellenlängenbereich befindet. Die Metallschicht 32 kann aus bei CMOS-Prozesses verwendeten Metallen, wie z. B. Aluminium, bestehen. Die dielektrische Schicht 38 kann beispielsweise Siliziumdioxid (SiO2) aufweisen.The integrated component 30 has a structured metal layer 32 with zone plate structure. The zone plate 14 the structured metal layer 32 is in transparent zones 34 and non-transparent zones 36 divided up. The transparent zones 34 for example, by a dielectric 38 formed between the structured metal layer 34 and the opto-electronic device 16 is arranged. The zone plate 14 the structured metal layer 32 has concentric rings formed of the transparent and non-transparent zones of sub-lambda zone width and having a common center through which is perpendicular to the patterned metal layer 32 a rotation axis 40 of the integrated component 30 runs. The opto-electronic component 16 is at a distance d from the patterned metal layer 32 arranged so that the opto-electronic device 16 in or at least near the field concentration area point of the zone plate 14 the structured metal layer 32 is for a predefined wavelength λ res or a predefined wavelength range. The metal layer 32 may be from metals used in the CMOS process, such as. B. aluminum, exist. The dielectric layer 38 may for example comprise silicon dioxide (SiO 2 ).

3b zeigt schematisch eine Seitenansicht eines integrierten Bauteils 50 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3b schematically shows a side view of an integrated component 50 according to another embodiment of the present invention.

Das integrierte Sensorelement 50 weist in Nähe des opto-elektronischen Bauelements 16 eine weitere Metallschicht 52 mit einer Öffnung 54 auf. Dabei kann die Öffnung gemäß Ausführungsformen kreisförmig ausgestaltet sein. Durch diese zusätzliche Metallschicht 52 kann die spektrale Trennung des in 3a gezeigten integrierten Bauteils nochmals verbessert werden. Dabei ist zu bemerken, dass die zusätzliche Metallschicht 52 mit der Öffnung 54 nicht zwingend erforderlich ist, wobei die Schicht 52 beispielsweise die zum optischen Bauelement nächstgelegene aber beabstandete Metallschicht ist.The integrated sensor element 50 points near the opto-electronic device 16 another metal layer 52 with an opening 54 on. In this case, the opening according to embodiments can be configured circular. Through this additional metal layer 52 can the spectral separation of in 3a shown integrated component can be further improved. It should be noted that the additional metal layer 52 with the opening 54 not mandatory, the layer 52 For example, the closest to the optical component but spaced metal layer is.

Der Abstand d zwischen dem Pixelsensor 16 und der obersten Metallschicht des integrierten Sensorelements liegt in einer Größenordnung der gewünschten Resonanzwellenlänge λres. Für den optischen Spektralbereich und einen 0,18 μm CMOS-Prozess, liegt der Abstand d im Bereich von ca. 2 μm. Die Zonenplatte 14 der strukturierten Metallschicht wird also vorzugsweise mit sehr kurzer Brennweite realisiert. Mit modernen CMOS-Prozessen kann man aber sehr feine Zonen und damit sehr kurze Brennweiten erreichen, so dass das opto-elektronische Bauelement 16 im Feldkonzentrationsbereich der Zonenplatte 14 platziert werden kann.The distance d between the pixel sensor 16 and the uppermost metal layer of the integrated sensor element is on the order of the desired resonant wavelength λ res . For the optical spectral range and a 0.18 μm CMOS process, the distance d is in the range of approximately 2 μm. The zone plate 14 the structured metal layer is thus preferably realized with a very short focal length. With modern CMOS processes, however, one can achieve very fine zones and thus very short focal lengths, so that the opto-electronic component 16 in the field concentration area of the zone plate 14 can be placed.

Die Radien für jede Zone in der oberen Metallschicht und der Durchmesser der Öffnung 54 der unteren Metallschicht 52 werden vorzugsweise so gewählt, dass sich bis zum Beginn des opto-elektronischen Bauelements 16 nur eine bestimmte Wellenlänge, d. h. die Resonanzwellenlänge λres bzw. ein bestimmter Wellenlängenbereich ausbreiten kann.The radii for each zone in the upper metal layer and the diameter of the opening 54 the lower metal layer 52 are preferably chosen so that until the beginning of the opto-electronic device 16 only a certain wavelength, ie the resonant wavelength λ res or a certain wavelength range can propagate.

4 zeigt ein Beispiel für eine Sub-Lambda-Zonenplatte 14, welche lediglich exemplarisch drei transparente Kreisringe, nämlich erster, zweiter und dritter Ordnung von innen aus gezählt, und vier nicht transparente Kreisringe aus Metall umfasst. Zonenplatten weisen in der Praxis meist 20 oder mehr Zonen auf. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nur die ersten drei Zonen dargestellt. 4 shows an example of a sub-lambda zone plate 14 which merely exemplarily counts three transparent circular rings, namely first, second and third order from the inside, and comprises four non-transparent metal circular rings. Zone plates usually have 20 or more zones in practice. For the sake of clarity, only the first three zones are shown here.

Die Zonenplatte 14 der Metallschicht 32 besitzt eine fokussierende Wirkung. Bei entsprechendem Verhältnis der Radien der transparenten Zonen 34 und der nicht transparenten Zonen 36 in einem bestimmten Abstand von der Zonenplatte 14 entsteht für eine bestimmte Wellenlänge eine Konzentration der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ähnlich einem Brennpunkt. Eine an oder zumindest in der Nähe dieser Stelle platzierte Photodiode kann nun von der geöffneten Metallschicht 52, so abgedeckt werden, dass nur die elektromagnetische Strahlung bzw. das Licht der gewünschten Wellenlänge zumindest näherungsweise verlustfrei auf die Photodiode 16 trifft, während andere Wellenlängen ausgefiltert werden. Durch die Metallschicht 52 mit der Öffnung 54 wird die spektrale Trennung deutlich verbessert. Für eine Leuchtdiode gilt das Entsprechende in umgekehrter Richtung.The zone plate 14 the metal layer 32 has a focusing effect. With the appropriate ratio of the radii of the transparent zones 34 and the non-transparent zones 36 at a certain distance from the zone plate 14 For a given wavelength, a concentration of the incident electromagnetic radiation similar to a focal point is formed. A photodiode placed at or at least near this point can now be exposed from the opened metal layer 52 , Be covered so that only the electromagnetic radiation or the light of the desired wavelength at least approximately lossless on the photodiode 16 hits while other wavelengths are being filtered out. Through the metal layer 52 with the opening 54 the spectral separation is significantly improved. For a light-emitting diode, the corresponding applies in the reverse direction.

In dem Fall der exemplarisch dargestellten Sub-Lambda-Zonenplatte nimmt die Zonenbreite der transparenten Zonen 34 mit zunehmender Ordnungszahl bzw. mit zunehmendem Abstand vom Zentrum ab. Gleiches gilt innerhalb der nichttransparenten Zonen dazwischen. Zusätzlich ist nach dem Beispiel von 4 die Zonenbreite zumindest einer der transparenten Zonen 34 kleiner als die gewünschte Durchlasswellenlänge, wie z. B. 2 μm oder 1,2 μm, wie z. B. die 2. bis zur letzten Ordnung.In the case of the sub-lambda zone plate exemplified, the zone width of the transparent zones increases 34 with increasing atomic number or with increasing distance from the center. The same applies within the non-transparent zones in between. In addition, after the example of 4 the zone width of at least one of the transparent zones 34 smaller than the desired transmission wavelength, such as. B. 2 microns or 1.2 microns, such as. B. the 2nd to the last order.

Der für die Durchlasswellenlänge aus der Zonenplatte 14 resultierende Feldkonzentrationsbereich kann, wie bereits erwähnt, beispielsweise bis 20 μm von der Zonenplatte entfernt sein. Dabei befindet sich in diesem Bereich bei kollimierter Beleuchtung mit der Durchlasswellenlänge beispielsweise 90% der transmittierten Leistung, die beispielsweise 50% der ankommenden Leistung oder weniger entspricht, und dieser Bereich hat beispielsweise eine laterale Ausdehnung, die beispielsweise weniger als ein Halb einer lateralen Ausdehnung der Zonenplatte – gemessen am äußersten Rand der transparenten Zone höchster Ordnung – aufweist.The one for the transmission wavelength from the zone plate 14 resulting field concentration range, as already mentioned, for example, be removed from the zone plate to 20 microns. In this case, in collimated illumination with the transmission wavelength, for example, there is 90% of the transmitted power, which for example corresponds to 50% of the incoming power or less, and this range has, for example, a lateral extent, for example less than one half of a lateral extent of the zone plate - Measured at the extreme edge of the transparent zone of highest order - has.

5 zeigt ein erläuterndes Beispiel für drei Feldverteilungen 60, 62, 64 für drei unterschiedliche Wellenlängen in der Nähe des opto-elektronischen Bauelements 16. 5 shows an illustrative example of three field distributions 60 . 62 . 64 for three different wavelengths in the vicinity of the opto-electronic device 16 ,

Aus 5 lässt sich erkennen, dass die elektromagnetische Feldkonzentration 60 für eine Resonanzwellenlänge λres in der Nähe des entsprechenden Feldkonzentrationsbereichs der Zonenplatte 14 am höchsten ist. Das bedeutet, dass für die Resonanzwellenlänge λres die ganze elektromagnetische Energie bzw. ein Großteil davon von dem opto-elektronischen Bauelement 16, insbesondere einer Photodiode, detektiert werden kann, während für andere Wellenlängen die entsprechenden elektromagnetischen Feldkonzentrationen 62, 64 geringer sind, d. h. nur ein kleiner Anteil der jeweiligen elektromagnetischen Strahlung eine PN-Übergang der Photodiode 16 erreicht. Obwohl die mit der Öffnung versehene Metallplatte 52 die spektrale Selektivität zusätzlich erhöht, gilt das im Vorhergehenden beschriebene gleichermaßen für Ausführungsformen ohne die Metallschicht 52. Durch die erhöhte spektrale Selektivität bei der Kombination aus Zonenplatte 14 und einer direkt vor der Photodiode 16 liegenden Öffnung 54 der Metallschicht 52 wird darin eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu sehen sein.Out 5 can be seen that the electromagnetic field concentration 60 for a resonance wavelength λ res in the vicinity of the corresponding field concentration region of the zone plate 14 is highest. This means that for the resonant wavelength λ res, the entire electromagnetic energy or a large part thereof of the opto-electronic device 16 , in particular a photodiode, can be detected, while for other wavelengths the corresponding electromagnetic field concentrations 62 . 64 are smaller, ie only a small portion of the respective electromagnetic radiation, a PN junction of the photodiode 16 reached. Although the metal plate provided with the opening 52 In addition, if the spectral selectivity is increased, the same applies as previously described for embodiments without the metal layer 52 , Due to the increased spectral selectivity in the combination of zone plate 14 and one directly in front of the photodiode 16 lying opening 54 the metal layer 52 will be seen therein a preferred embodiment of the present invention.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ergibt sich aus 5, wenn die Fotodiode 16 durch eine Leuchtdiode ersetzt wird. Damit kann gezielt Licht der Wellenlänge λres aus der emittierten Strahlung der Leuchtdiode gefiltert werden. Somit entsteht eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung der vorbestimmten Wellenlänge λres.Another embodiment is apparent 5 when the photodiode 16 is replaced by a light-emitting diode. In this way, it is possible to specifically filter light of the wavelength λ res from the emitted radiation of the light-emitting diode. This creates a radiation source for electromagnetic radiation of the predetermined wavelength λ res .

Eine weitere Ausführungsform eines integrierten Bauteils ist in 6 gezeigt.Another embodiment of an integrated component is shown in FIG 6 shown.

6 zeigt ein integriertes Bauteil 70, welches in einem Abstand a von der Zonenplatte 14 der strukturierten Metallschicht 32 eine zweite um 1 lateral versetzte Zonenplatte in einer zweiten strukturierten Metallschicht 72 aufweist. 6 shows an integrated component 70 which is at a distance a from the zone plate 14 the structured metal layer 32 a second offset by 1 laterally zone plate in a second structured metal layer 72 having.

Die Funktion der in 6 gezeigten Struktur ist ähnlich zu der anhand der 3b und 5 beschriebenen Strukturen. Die strukturierten Metallschichten 32 und 72 mit Zonenplattenstruktur weisen einen lateralen Versatz um den Abstand l auf, um eine bessere spektrale Trennung erzielen zu können. Dabei liegt der laterale Versatz 1 zwischen den Zonenplattenstrukturen der verschiedenen Metallschichten in einer Größenordnung von 2 mal der gewünschten Wellenlänge λres bzw. des gewünschten Wellenlängenbereichs.The function of in 6 shown structure is similar to that of the 3b and 5 described structures. The structured metal layers 32 and 72 with zone plate structure have a lateral offset by the distance l in order to achieve a better spectral separation can. In this case, the lateral offset 1 between the zone plate structures of the different metal layers is on the order of 2 times the desired wavelength λ res or the desired wavelength range.

Eine weitere Möglichkeit zur spektralen Trennung besteht darin, das Verhältnis der Radien der Zonen der Schichten 32 und 72 leicht unterschiedlich zu wählen. In diesem Fall hat die Metallschicht 32 eine beugende und fokussierende Wirkung und die Metallschicht 72 eine zusätzlich filternde Wirkung, die nur die gewünschte Resonanzwellenlänge λres hindurchlässt. Ferner ist eine Kombination obiger Möglichkeiten möglich, nämlich der laterale Versatz der vertikal beabstandeten Zonenplattenstrukturen bei gleichzeitiger Veränderung ihrer Zonenradien.Another possibility for spectral separation is the ratio of the radii of the zones of the layers 32 and 72 slightly different to choose. In this case, the metal layer has 32 a diffractive and focusing effect and the metal layer 72 an additional filtering effect that allows only the desired resonance wavelength λ res . Furthermore, a combination of the above possibilities is possible, namely the lateral offset of the vertically spaced zone plate structures while changing their zone radii.

Nachdem im Vorhergehenden Aufbau und Funktionsweise von integrierten Bauteilen gemäß Ausführungsbeispielen eingehend beschrieben wurden, sollen im Nachfolgenden noch auf integrierte Farbsensoren auf Basis der integrierten Bauteile eingegangen werden.After this in the previous structure and operation of integrated components according to embodiments in detail will be described in the following on integrated color sensors based on the integrated components.

7 zeigt dazu eine Seitenansicht eines integrierten Farbsensors bzw. Farbarrays 80 auf CMOS-Basis, welcher eine Mehrzahl von gemeinsamen auf einem Substrat integrierten Bauteilen 50 aufweist. 7 shows a side view of an integrated color sensor or Farbarrays 80 CMOS based, which a plurality of common integrated on a substrate components 50 having.

In 7 sind lediglich exemplarisch drei planar benachbart integrierte Bauteile 50 dargestellt, wobei jedes der drei Bauteile auf einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich bzw. eine unterschiedliche Resonanzwellenlänge λres abgestimmt ist. Beispielsweise könnte das linke Bauteil 50-1 auf eine Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich, das mittlere Bauteil 50-2 auf eine Wellenlänge aus dem grünen Spektralbereich und das rechte Bauteil 50-3 auf eine Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich eingestellt sein. Das Zonenplattenarray 14-1, 14-2, 14-3 der strukturierten Metallschicht 32 ist hier auf die jeweiligen Spektralbereiche bzw. Wellenlängen abgestimmt. Dasselbe gilt ebenfalls für die Öffnungen 54-1, 54-2, 54-3.In 7 are merely exemplary three planar adjacent integrated components 50 shown, wherein each of the three components is tuned to a different wavelength range or a different resonance wavelength λ res . For example, the left component could 50-1 to a wavelength from the red spectral range, the middle component 50-2 to a wavelength from the green spectral range and the right component 50-3 be set to a wavelength from the blue spectral range. The zone plate array 14-1 . 14-2 . 14-3 the structured metal layer 32 is tuned here to the respective spectral ranges or wavelengths. The same also applies to the openings 54-1 . 54-2 . 54-3 ,

Wie es im Vorhergehenden bereits erläutert wurde, kann ein Bauteil bzw. Sensorelement beispielsweise durch Adaption der jeweiligen Zonenplatte bzw. der Radien der unterschiedlichen Zonen auf eine vorbestimmte Resonanzfrequenz λres eingestellt werden. In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen somit die Strukturen der Zonenplatten 14-1, 14-2 und 14-3 der benachbarten Sensorelemente unterschiedliche Radien der transparenten und nicht transparenten Ringe auf. Des Weiteren könnten die Abstände und Abmessungen der Lochöffnungen 54-1, 54-2 und 54-3 variieren. Die Metallschicht 52 mit den Lochöffnungen 54-1, 54-2, 54-3 kann bei einem Farbsensor also in unterschiedlichen Ebenen entsprechend den Abständen der Lochöffnungen 54-1, 54-2 und 54-3 zu den Zonenplatten 14-1, 14-2 und 14-3 verlaufen.As has already been explained above, a component or sensor element can be adjusted to a predetermined resonance frequency λ res , for example, by adapting the respective zone plate or the radii of the different zones. In the in 7 embodiment shown thus have the structures of the zone plates 14-1 . 14-2 and 14-3 the adjacent sensor elements on different radii of the transparent and non-transparent rings. Furthermore, the distances and dimensions of the hole openings 54-1 . 54-2 and 54-3 vary. The metal layer 52 with the holes 54-1 . 54-2 . 54-3 can in a color sensor so in different levels according to the distances of the hole openings 54-1 . 54-2 and 54-3 to the zone plates 14-1 . 14-2 and 14-3 run.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel könnten die Metallschicht 52 auch weggelassen werden, wie es im Vorhergehenden bereits beschrieben wurde.According to a further embodiment, the metal layer could 52 also be omitted, as already described above has been.

Abschließend soll noch auf den Fall eingegangen werden, dass das opto-elektronische Bauelement 16 von seinen Abmessungen her größer ist als eine einzelne Zonenplatte 14. In diesem Fall sind die Metallschichten array-förmig strukturiert, wie es in der schematischen Draufsicht in 8a gezeigt ist.Finally, the case will be considered that the opto-electronic device 16 is larger in size than a single zone plate 14 , In this case, the metal layers are array-shaped, as shown in the schematic plan view in FIG 8a is shown.

8a zeigt die Draufsicht auf eine array-förmig strukturierte Metallschicht 82, welche 2×3 identische Zonenplattenstrukturen 14 aufweist. Ein unter der strukturierten Metallschicht 82 liegendes opto-elektronisches Bauelement 16 ist dabei größer als ein einzelnes Mikroelement (mit einer Zonenplatte) der Struktur und wird von der Metallschicht bzw. der Gesamtstruktur vollständig abgedeckt. D. h., um ein opto-elektronisches Bauelement 16 vollständig abzudecken, kann ein integriertes Bauteil gemäß Ausführungsbeispielen auch eine Mehrzahl von identischen Zonenplattenstrukturen 14 aufweisen. 8a shows the top view of an array-shaped structured metal layer 82 , which 2 × 3 identical zone plate structures 14 having. One under the textured metal layer 82 lying opto-electronic component 16 is larger than a single microelement (with a zone plate) of the structure and is completely covered by the metal layer or the entire structure. That is, to an opto-electronic device 16 fully cover, an integrated component according to embodiments, a plurality of identical zone plate structures 14 exhibit.

8b zeigt den Querschnitt bzw. die Seitenansicht A-A des in 8a in Draufsicht gezeigten Chips. In diesem Beispiel wird die Filterfunktion erfüllt durch eine Kombination aus den Zonenplatten 14 und den Öffnungen 54, die im Vorhergehenden bereits beschrieben wurden. Die einzelnen Zonenplatten 14 des Zonenplattenarrays der oberen Metallschicht 82 sind dabei genau zentriert bezüglich der Öffnungen 54 der unteren Metallschicht 52, was durch die Symmetrieachsen 40 in 8b angedeutet ist. Wie im Vorhergehenden bereits beschrieben wurde, könnte statt der in 8b gezeigten Öffnungen 54 die zweite strukturierte Metallschicht 84 auch einen um l lateral versetzten zweiten Zonenplattenarray aufweisen. 8b shows the cross section and the side view AA of in 8a chips shown in plan view. In this example, the filter function is fulfilled by a combination of the zone plates 14 and the openings 54 already described above. The individual zone plates 14 the zone plate array of the upper metal layer 82 are exactly centered with respect to the openings 54 the lower metal layer 52 , what through the symmetry axes 40 in 8b is indicated. As already described above, instead of the one in 8b shown openings 54 the second structured metal layer 84 also have a second zone plate array offset by 1 laterally.

Zusammenfassend umfasst die vorliegende Erfindung also ein integriertes Bauteil, welches als Sensorelement bzw. Farbsensor und/oder als Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs eingesetzt werden kann. Das integrierte Bauteil beruht auf Beugungseffekten und kann im Rahmen von herkömmlichen CMOS-Prozessen hergestellt werden.In summary Thus, the present invention comprises an integrated component, which as a sensor element or color sensor and / or as a radiation source for electromagnetic radiation of a predetermined wavelength range can be used. The integrated component is based on diffraction effects and can be produced in the context of conventional CMOS processes become.

Die Farbe eines Objekts ist ein guter Indikator zur Qualitätskontrolle bei verschiedenen Fertigungsprozessen. Ein großes Anwendungsfeld für die vorliegende Erfindung sind beispielsweise Farbfilter, die direkt in einem Pixel eines Bildsensors integriert sind. Mikrobildsensoren mit einem bestimmten Filtereffekt (z. B. Nachbildung der Farbempfindlichkeit des Auges) sind ebenfalls interessante Anwendungsmöglichkeiten.The Color of an object is a good indicator of quality control in different manufacturing processes. A large field of application For the present invention, for example, color filters, the are integrated directly into a pixel of an image sensor. Micro image sensors with a certain filter effect (eg, replication of color sensitivity of the eye) are also interesting applications.

Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, im Rahmen eines CMOS-Prozesses eine Photodiodenzeile zu realisieren, so dass für jede einzelne Photodiode ein entsprechender schmalbandiger Filter für einen bestimmten Spektralbereich aufgebaut wird, und sich ein Effekt wie durch ein dispersives Element (Prisma oder Gitter) in der Spektroskopie ergibt.With Help of embodiments of the present invention there is a possibility in the context of a CMOS process to realize a photodiode array, so that for each single photodiode a corresponding narrow-band filter for a specific spectral range is built up, and an effect as by a dispersive element (prism or grating) in spectroscopy results.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die jeweiligen beschriebenen Bauteile oder die erläuternden Vorgehensweisen beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Anzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, beziehen sich diese auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas anderes deutlich macht. Dasselbe gilt in umgekehrter Richtung.Finally It should be noted that the present invention is not limited to the respective components described or the illustrative Procedures is limited because these components and procedures can vary. The terms used here are merely destined to particular embodiments describe and are not used restrictively. If in the description and in the claims the number or indefinite Articles are used, these also refer to the majority of these elements unless the overall context is clearly something makes it clear. The same applies in the opposite direction.

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Claims (20)

Integriertes Bauteil (10; 30; 50; 70) mit einer Filterstruktur mit einer strukturierten Metallschicht (32; 82) mit einer Zonenplattenstruktur (14) mit einem Feldkonzentrationsbereich; und einem opto-elektronischen Bauelement (16), wobei die Filterstruktur (12) und das opto-elektronische Bauelement (16) derart in einem Halbleitersubstrat (16) integriert sind, so dass das opto-elektronische Bauelement (16) in dem Feldkonzentrationsbereich der Filterstruktur (12) angeordnet ist.Integrated component ( 10 ; 30 ; 50 ; 70 ) having a filter structure with a structured metal layer ( 32 ; 82 ) with a zone plate structure ( 14 ) with a field concentration range; and an optoelectronic component ( 16 ), the filter structure ( 12 ) and the optoelectronic component ( 16 ) in a semiconductor substrate ( 16 ) are integrated, so that the opto-electronic device ( 16 ) in the field concentration area of the filter structure ( 12 ) is arranged. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 1, bei dem das opto-elektronische Bauelement (16) elektromagnetische Strahlung in ein elektrisches Signal umwandeln kann.Integrated component according to Claim 1, in which the opto-electronic component ( 16 ) can convert electromagnetic radiation into an electrical signal. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 2, bei dem das opto-elektronische Bauelement (16) ein PN-Übergangssensor ist.Integrated component according to Claim 2, in which the optoelectronic component ( 16 ) is a PN junction sensor. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem das opto-elektronische Bauelement (16) eine Photodiode ist.Integrated component according to Claim 2 or 3, in which the optoelectronic component ( 16 ) is a photodiode. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 1, bei dem das opto-elektronische Bauelement (16) ein elektrisches Signal in elektromagnetische Strahlung umwandeln kann.Integrated component according to Claim 1, in which the opto-electronic component ( 16 ) can convert an electrical signal into electromagnetic radiation. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 5, bei dem das opto-elektronische Bauelement (16) eine Leuchtdiode ist.Integrated component according to Claim 5, in which the optoelectronic component ( 16 ) is a light emitting diode. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem die Zonenplattenstruktur (14) eine eine Raumwinkelverteilung beeinflussende Wirkung aufweist.An integrated component according to claim 5 or 6, wherein the zone plate structure ( 14 ) has an effect influencing a solid angle distribution. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine zweite strukturierte Metallschicht (72) mit zumindest näherungsweise identischer Zonenplattenstruktur (14) wie die strukturierte Metallschicht (32) aufweist, wobei die zumindest näherungsweise identische Zonenplattenstrukturen der strukturierten Metallschicht (32) und der zweiten strukturierten Metallschicht (72) zueinander lateral versetzt sind, um spektrale Filterwirkung des integrierten Bauteils zu erhalten.An integrated device according to any one of the preceding claims, further comprising a second patterned metal layer ( 72 ) with at least approximately identical zone plate structure ( 14 ) like the structured metal layer ( 32 ), wherein the at least approximately identical zone plate structures of the structured metal layer ( 32 ) and the second structured metal layer ( 72 ) are offset laterally relative to one another in order to obtain spectral filtering action of the integrated component. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine zweite strukturierte Metallschicht (72) mit Zonenplattenstruktur (14) aufweist, wobei die Zonenplattenstruktur (14) der zweiten strukturierten Metallschicht (72) gegenüber der Zonenplattenstruktur der strukturierten Metallschicht (32) unterschiedliche Verhältnisse von Zonenradien aufweist, um eine spektrale Filterwirkung zu erhalten.An integrated device according to any one of the preceding claims, further comprising a second patterned metal layer ( 72 ) with zone plate structure ( 14 ), wherein the zone plate structure ( 14 ) of the second structured metal layer ( 72 ) with respect to the zone plate structure of the structured metal layer ( 32 ) has different ratios of zone radii to obtain a spectral filtering effect. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der die zweite strukturierte Metallschicht (72) eine dem opto-elektronischen Bauelement (16) am nächsten liegende aber zu derselben beabstandeten Metallschicht in dem Halbleitersubstrat ist.Integrated component according to Claim 8 or 9, in which the second structured metal layer ( 72 ) a the opto-electronic device ( 16 ) but closest to the same metal layer in the semiconductor substrate. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Radien von abwechselnd transparenten und nicht transparenten Zonen der Zonenplattenstruktur (14) auf den vorbestimmten Wellenlängenbereich angepasst sind.Integrated component according to one of the preceding claims, in which radii of alternately transparent and non-transparent zones of the zone plate structure ( 14 ) are adapted to the predetermined wavelength range. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen einer dem opto-elektronischen Bauelement (16) zugewandten Seite der strukturierten Metallschicht (32) und dem opto-elektronischen Bauelement (16), eine mit einer Öffnung (54) versehene zweite Metallschicht (52) angeordnet ist, derart, dass die Öffnung und die Zonenplattenstruktur auf einer gemeinsamen optischen Achse liegen.Integrated component according to one of the preceding claims, in which between an opto-electronic component ( 16 ) facing side of the structured metal layer ( 32 ) and the opto-electronic component ( 16 ), one with an opening ( 54 ) provided second metal layer ( 52 ) such that the opening and the zone plate structure lie on a common optical axis. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die strukturierte Metallschicht (32) das opto-elektronische Bauelement (16) vollständig abdeckt.Integrated component according to one of the preceding claims, in which the structured metal layer ( 32 ) the optoelectronic component ( 16 ) completely covers. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zonenplattenstruktur (14) ein Array von Zonenplatten aufweist, die jeweils einen Teil des Feldkonzentrationsbereiches definieren, und die Zonenplatten des Arrays gemeinsam dem opto-elektronischen Bauelement (16) zugeordnet sind.Integrated component according to one of the preceding claims, in which the zone plate structure ( 14 ) has an array of zone plates, each defining a portion of the field concentration range, and the zone plates of the array together the opto-electronic device ( 16 ) assigned. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das opto-elektronische Bauelement (16) von einer dem Pixelsensor zugewandten Seite der strukturierten Metallschicht (32) einen vordefinierten Abstand (d) aufweist, so dass sich in dem vordefinierten Abstand nur eine elektromagnetische Feldkonzentration des vorbestimmte Wellenlängenbereich ausbilden kann.Integrated component according to one of the preceding claims, in which the optoelectronic component ( 16 ) of a side facing the pixel sensor side of the structured metal layer ( 32 ) has a predefined distance (d), so that only an electromagnetic field concentration of the predetermined wavelength range can form in the predefined distance. Integriertes Bauteil gemäß Anspruch 15, bei dem der vordefinierte Abstand kleiner als 20 μm ist.Integrated component according to claim 15, in which the predefined distance is less than 20 microns is. Integriertes Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das in einer CMOS-Technologie hergestellt ist.Integrated component according to a of the preceding claims, which is in a CMOS technology is made. Integrierter Farbarray (80), mit einer Mehrzahl von integrierten Bauteilen (10; 30; 50; 70) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstrukturen (12) der integrierten Bauelemente ausgebildet sind, um ansprechend auf elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlän genbereiche jeweils an einer dem entsprechenden opto-elektronischen Bauelement (16) zugewandten Seite der Filterstruktur eine elektromagnetische Feldkonzentration in der Nähe des jeweiligen opto-elektronischen Bauelements zu erzeugen, für die das jeweilige opto-elektronische Bauelement empfindlich ist.Integrated colorbar ( 80 ), with a plurality of integrated components ( 10 ; 30 ; 50 ; 70 ) according to one of the preceding claims, wherein the filter structures ( 12 ) of the integrated components are formed, in response to electromagnetic radiation of different wavelength ranges, in each case at one of the corresponding optoelectronic component ( 16 ) facing side of the filter structure an electromagnetic field Concentration in the vicinity of the respective opto-electronic device to produce, for which the respective opto-electronic device is sensitive. Verfahren zum Herstellen eines integrierten Bauteilss, mit folgenden Schritten: Erzeugen eines opto-elektronischen Bauelements (16) an einer Substratoberfläche eines Substrats (22); und Aufbringen einer Filterstruktur (12) mit einer strukturierten Metallschicht (32) mit einer Zonenplattenstruktur (14), so dass die Filterstruktur (12) und das opto-elektronische Bauelement (16) derart in dem Substrat (22) integriert sind, so dass das opto-elektronische Bauelement (16) in einem Feldkonzentrationsbereich der Filterstruktur (12) angeordnet ist, wobei das Erzeugen und das Aufbringen Teile eines CMOS-Prozesses sind.Method for producing an integrated component, comprising the following steps: producing an optoelectronic component ( 16 ) on a substrate surface of a substrate ( 22 ); and applying a filter structure ( 12 ) with a structured metal layer ( 32 ) with a zone plate structure ( 14 ), so that the filter structure ( 12 ) and the optoelectronic component ( 16 ) in the substrate ( 22 ) are integrated, so that the opto-electronic device ( 16 ) in a field concentration region of the filter structure ( 12 ), wherein the generating and applying are parts of a CMOS process. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Aufbringen der Filterstruktur (12) ein Aufbringen eines Schichtstapels aus wenigstens einer dielektrischen und einer strukturierten Metallschicht mit einer Zonenplattenstruktur (14) umfasst, wobei transparente und nicht transparente Zonen der Zonenplattenstruktur (14) Abstände zwischen zwei benachbarten Zonen aufweisen, die eine spektrale Selektion und Konzentration eines vordefinierten Wellenlängenbereichs in dem Feldkonzentrationsbereich bewirken können.Method according to claim 19, wherein the application of the filter structure ( 12 ) applying a layer stack of at least one dielectric and one structured metal layer having a zone plate structure ( 14 transparent and non-transparent zones of the zone plate structure ( 14 ) Have distances between two adjacent zones which can cause spectral selection and concentration of a predefined wavelength range in the field concentration range.
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