FR2937425A1

FR2937425A1 - Structure de filtrage optique en longueur d'onde et capteur d'images associe

Info

Publication number: FR2937425A1
Application number: FR0857157A
Authority: FR
Inventors: Gilles Grand
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-04-23
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: US20110204463A1; FR2937425B1; WO2010046369A1; US8675280B2; EP2347290A1

Abstract

L'invention concerne une structure de filtrage optique composée d'au moins deux filtres optiques élémentaires voisins, un filtre optique élémentaire étant centré sur une fréquence de transmission optimale, caractérisée en ce qu'elle comprend un empilement de n couches métalliques (m1-m3) et de n-1 couches diélectriques (d2-d3), chaque couche métallique alternant avec une couche diélectrique de sorte que la couche centrale de l'empilement soit une couche métallique (m2), chacune des couches de l'empilement ayant une épaisseur constante à l'exception de la couche métallique centrale dont l'épaisseur qui varie fixe la fréquence de transmission optimale d'un filtre élémentaire. Application aux capteurs d'images miniatures.

Description

STRUCTURE DE FILTRAGE OPTIQUE EN LONGUEUR D'ONDE ET CAPTEUR D'IMAGES ASSOCIÉ

Domaine technique et art antérieur L'invention concerne une structure de filtrage optique en longueur d'onde et un capteur d'images qui comprend une structure de filtrage optique selon l'invention. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour la réalisation de capteurs d'images de petites dimensions tels que, par exemple, les capteurs d'images d'appareils photographiques miniatures des téléphones mobiles. L'obtention d'images par capteur électronique est en pleine expansion. La demande de simplification de la réalisation de ces capteurs continue à être très forte. Progressivement, les dispositifs à couplage de charges, plus communément appelés capteurs CCD (CCD pour Charge Coupled Device ), sont remplacés par les capteurs à pixels actifs en technologie CMOS, plus communément appelés capteurs APS CMOS (APS pour Active Pixel Sensor ). Un des problèmes importants à résoudre pour réaliser un capteur d'images est celui de l'obtention des couleurs. Il est connu qu'à partir de trois couleurs prélevées dans le spectre visible (couleurs Rouge, Vert, Bleu) il est possible d'enregistrer, puis de reproduire, la majeure partie des couleurs. Certains équipements commencent par séparer les trois couleurs puis dirigent celles-ci vers trois capteurs d'images. D'autres séparent les couleurs directement à la surface d'une seule matrice de détecteurs : c'est à ce deuxième type de capteurs que se rapporte l'invention. Pour ce deuxième type de capteur, deux options peuvent être envisagées : soit construire une matrice de détection très complexe exploitant dans plusieurs niveaux de sa structure le fait que les différentes couleurs ne pénètrent pas à la même profondeur dans le matériau dans lequel est faite la conversion des photons en électrons (photo-site); soit ajouter des jeux de filtres disposés en matrice à la surface d'une matrice de détecteurs. C'est la deuxième option (ajouter des jeux de filtres) qui est la plus utilisée. La matrice la plus classique est alors une matrice communément appelée matrice de Bayer. Un exemple de matrice de Bayer, vue de dessus, est représenté en figure 1. La matrice de Bayer représentée sur la figure 1 est une matrice 2x2 (deux lignes x deux colonnes). De gauche à droite, les filtres de la ligne de rang 1 sont des filtres respectivement Vert et Rouge, et les filtres de la ligne de rang 2 sont des filtres respectivement Bleu et Vert. Dans la présente description, on entend par filtre Vert un élément sensiblement transparent pour la couleur verte et sensiblement opaque pour toutes les autres couleurs du spectre visible. De même, on entend par filtre Bleu ou filtre Rouge un élément sensiblement transparent pour la couleur bleue ou la couleur rouge et sensiblement opaque pour toutes les autres couleurs du spectre visible. La réalisation d'une telle matrice filtrante se fait classiquement par l'utilisation de résines colorées. Afin de faciliter la réalisation de la matrice filtrante, il est fait appel à des résines photosensibles aux ultraviolets qui peuvent être éliminées dans un bain révélateur là où elles n'ont pas été insolées. Par exemple, pour réaliser une matrice de Bayer selon l'art antérieur, on dépose successivement trois couches de résine: une pour le Vert, une pour le Rouge et une pour le Bleu. A chaque dépôt, chacune des résines est insolée à travers un masque et révélée pour ne rester que là où elle doit prendre place.

Le schéma de la figure 2 représente une structure simplifiée de capteur APS CMOS de l'art antérieur. Le capteur APS CMOS comprend un élément semi-conducteur photosensible 1, par exemple du silicium, à la surface duquel sont formées des zones photosensibles Zph et des circuits électroniques El, une couche de silice 2 dans laquelle sont intégrées des interconnexions électriques 3 qui relient entre eux les circuits électroniques El, des couches de résine formant des filtres Bleu B, des filtres Rouge R et des filtres Vert V, une couche de résine 4 et un ensemble de microlentilles MC. Cette technique de réalisation de capteur est à l'heure actuelle bien maîtrisée. Un inconvénient de ce capteur est cependant son impossibilité d'éliminer l'infrarouge. Il est donc nécessaire d'ajouter, après coup, au dessus du capteur, une feuille de verre munie d'un filtre interférentiel multicouches pour éliminer l'infrarouge. Par ailleurs, les résines ne sont pas très denses et il est actuellement nécessaire de mettre une épaisseur de résine voisine ou supérieure au micron pour avoir un effet de filtrage suffisant. La taille des pixels des capteurs d'images récents est voisine du micron (typiquement 2pm). Cette dimension des pixels pose alors un problème lorsque les rayons arrivent avec un angle d'incidence élevé à la surface du capteur (bord d'image ou objectif fortement ouvert). En effet, les photons autorisés à traverser un filtre peuvent alors finir leur course dans le photo-site du filtre voisin. Ce phénomène limite considérablement la miniaturisation. Les résines colorées sont également connues pour être facilement inhomogènes. L'inhomogénéité de filtrage est alors d'autant plus marquée que les pixels sont petits. Ceci représente également un autre inconvénient. Par ailleurs, il existe d'autres matériaux absorbeurs que les résines mais, s'ils peuvent être plus absorbants, ces matériaux posent trop de problèmes de réalisation pour être compatibles avec une réalisation simple de matrice de photo-sites intégrés, laquelle réalisation devient alors trop coûteuse. La demande de brevet déposée en France par la Demanderesse en date du 25 juillet 2006 et publiée sous le N°2 904 432 propose une structure de filtrage optique composée d'un ensemble d'au moins deux filtres optiques élémentaires, un filtre optique élémentaire étant centré sur une fréquence de transmission optimale, caractérisée en ce qu'elle comprend un empilement de n couches métalliques et de n couches sensiblement transparentes qui alternent entre une première couche métallique et une nième couche sensiblement transparente, les n couches métalliques ayant chacune une épaisseur constante et au moins une couche sensiblement transparente ayant une épaisseur variable qui fixe la fréquence de transmission optimale d'un filtre optique élémentaire, n étant un entier supérieur ou égal à 2. Il est alors possible, par exemple, de réaliser les trois filtres colorés Rouge, Vert, Bleu en faisant varier seulement une ou deux couches diélectriques transparentes, les couches métalliques étant d'épaisseur constante. Les figures 3 et 4 représentent, respectivement, une vue de dessus et une vue en coupe d'une structure divulguée dans la demande de brevet FR 2 904 432. Des cellules de filtrage R, V, B sont placées les unes à côté des autres et permettent de sélectionner les couleurs respectives Rouge, Vert et Bleu (cf. figure 3). La figure 4 est une vue en coupe selon l'axe BB de la figure 3. La structure représentée en figure 4 comprend quatre couches diélectriques D1-D4 et trois couches métalliques M1-M3, une couche métallique alternant avec une couche diélectrique. La couche Dl est au contact d'un substrat S et la couche D4 est au contact du milieu incident qui reçoit la lumière. Chacune des deux couches diélectriques Dl et D4 a une épaisseur constante, de même que chacune des trois couches métalliques Ml-M3. Les deux couches D2 et D3 ont chacune une épaisseur variable en fonction du filtrage auquel elles participent. Trois zones de filtrage sont alors définies en fonction de l'épaisseur des couches : une zone Z1 pour le Rouge, une zone Z2 pour le Vert et une zone Z3 pour le Bleu. Une zone de transition Za sépare les zones Z1 et Z2 et une zone de transition Zb sépare les zones Z2 et Z3. Le tableau 1 ci-dessous donne un exemple de valeurs numériques pour les épaisseurs des différentes couches diélectriques et métalliques de la structure de la figure 4 en fonction des différentes zones. La notation e(Di) représente l'épaisseur de la couche Di (i=1, 2, 3, 4) et la notation e(Mj) représente l'épaisseur de la couche Mj (j=1, 2, 3). Dans l'exemple choisi, les couches diélectriques sont en oxyde de Titane (TiO2) et les couches métalliques sont en argent (Ag) épaisseur Z3 Z2 Z1 e(D1) 72.9nm 72.9mn 72.9nm e (Ml) 14 . 1nm 14 . 1nm 14 . 1nm e(D2) 47.3nm 71.9nm 86.8nm e(M2) 36.8nm 36.8nm 36.8nm e(D3) 47.5nm 71.1nm 82.2nm e (M3) 14.9nm 14.9nm 14.9nm e(D4) 72.5nm 72.5nm 105.7nm Total 306 nm 354.2nm 413.4nm Tableau 1 Le nombre de couches diélectriques intermédiaires d'épaisseurs variables (couches D2 et D3 dans l'exemple de la figure 4) influe sur la transmission maximale et sur l'étroitesse de la fenêtre de transmission : en pratique, un filtre coloré de largeur spectrale égale à 100nm (Bleu, Vert ou Rouge) nécessite typiquement la présence de deux couches diélectriques intermédiaires entourées de deux couches métalliques et donc, suivant le procédé décrit dans la demande de brevet FR 2 904 432, la formation de sept couches au total. Il est alors nécessaire de mettre en oeuvre quatre procédés distincts de lithogravure, chaque procédé de lithogravure comprenant un dépôt de résine, une étape de lithographie, une exposition, un développement, une gravure et un enlèvement de résine résiduelle. Ceci représente un inconvénient. De plus, à chaque transition entre pixel (cf. les zones Za et Zb), les deux gravures sont superposées, ce qui provoque, d'une part, un décalage latéral lié à la précision de l'alignement entre les niveaux et, d'autre part, un décrochement en épaisseur entre les différents filtres. Ce décrochement est, dans l'exemple donné ci-dessus, de l'ordre de 60 nm (40 à 80nm) entre les filtres Vert et Bleu et de l'ordre de 120 nm entre les filtres Rouge et Bleu. D'un point de vue optique, les transitions entre pixels génèrent alors un artefact de diffraction. Les figures 5A et 5B illustrent l'intensité I d'un signal optique transmis par une structure à deux pixels voisins en fonction du type de transition qui existe entre les deux pixels voisins. La figure 5A correspond à une transition idéale entre les pixels voisins alors que la figure 5B correspond à une transition réelle. La transition idéale est une transition franche entre les pixels qui conduit à une marche d'intensité sans perturbation alors que la transition réelle est une transition à marche en épaisseur et à désalignement qui conduit à un artefact de diffraction. Cet artefact réduit la surface utile de chaque pixel et perturbe la transmission des signaux. Il est alors difficile de réaliser des pixels de très faibles dimensions, par exemple de dimensions inférieures à 1,5pm x 1,5pm. La structure de l'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne une structure de filtrage optique composée d'au moins deux filtres optiques élémentaires voisins, un filtre optique élémentaire étant centré sur une fréquence de transmission optimale, caractérisée en ce qu'elle comprend un empilement de n couches métalliques et de n-1 couches diélectriques, n étant un entier impair supérieur ou égal à 3, chaque couche métallique alternant avec une couche diélectrique de sorte que la couche centrale de l'empilement soit une couche métallique, chacune des couches de l'empilement ayant une épaisseur constante à l'exception de la couche métallique centrale dont l'épaisseur qui varie fixe la fréquence de transmission optimale d'un filtre élémentaire. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les couches diélectriques et métalliques de l'empilement situées de part et d'autre de la couche métallique centrale et qui ont un même rang par rapport à la couche métallique centrale ont une épaisseur sensiblement identique.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les couches diélectriques et métalliques de l'empilement situées de part et d'autre de la couche métallique centrale et qui ont un même rang par rapport à la couche métallique centrale n'ont pas la même épaisseur, les couches diélectriques et métalliques les plus épaisses étant toutes situées d'un même côté par rapport à la couche métallique centrale.

Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, au moins une couche métallique de l'empilement résulte de la superposition de deux couches métalliques élémentaires formées dans des matériaux métalliques différents. Une première des deux couches métalliques élémentaires, dite couche d'accroche , permet alors une meilleure adhérence de la seconde couche métallique élémentaire à l'empilement. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les couches métalliques de l'empilement qui ne sont pas formées de deux couches métalliques élémentaires sont en Argent et la seconde couche métallique élémentaire des couches métalliques de l'empilement qui résultent de la superposition de deux couches métalliques élémentaires est également en Argent. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, au moins une couche diélectrique de l'empilement résulte de la superposition d'au moins deux couches diélectriques élémentaires formées dans des matériaux différents. Une première couche diélectrique élémentaire située entre une couche métallique et la deuxième couche diélectrique élémentaire est une couche d'interface qui permet d'éviter une réaction chimique entre le métal de la couche métallique et la deuxième couche diélectrique élémentaire et/ou constitue une barrière de diffusion du métal de la couche métallique dans le diélectrique. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les couches diélectriques qui ne résultent pas de la superposition de deux couches diélectriques élémentaires et la deuxième couche diélectrique élémentaire des deux couches diélectriques élémentaires de chaque couche diélectrique formée de deux couches diélectriques élémentaires sont réalisées, par exemple, dans l'un des matériaux suivants : dioxyde de titane (TiO2), nitrure d'aluminium dopé titane (AlTiN), sulfure de Zinc (ZnS), alliage sulfure de Zinc-Silice (ZnS(x)-Si02(1-x), alumine (Al203), nitrure de silicium (Si2Ny), fluorure de magnésium (MgF2). Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, une première couche diélectrique d'adaptation optique est placée sur la couche métallique située à une première extrémité de l'empilement et/ou une seconde couche diélectrique d'adaptation optique est placée sur la couche métallique située à une seconde extrémité de l'empilement, opposée à la première extrémité. La première couche diélectrique d'adaptation, placée à la base de l'empilement, est alors une couche diélectrique apte à adapter optiquement l'indice entre l'empilement et un substrat sur lequel est placé l'empilement. De même, la deuxième couche diélectrique d'adaptation, placée en surface de l'empilement, est alors une couche diélectrique apte à adapter optiquement l'indice entre l'empilement et un superstrat qui recouvre l'empilement. Le superstrat peut être, par exemple, de l'air. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la première couche diélectrique d'adaptation et/ou la seconde couche diélectrique d'adaptation ont une épaisseur qui varie d'au moins un premier filtre optique élémentaire à au moins un deuxième filtre optique élémentaire. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les première et seconde couches diélectriques d'adaptation sont réalisées dans un matériau identique au matériau qui constitue les couches diélectriques de l'empilement. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les filtres optiques élémentaires sont disposés sous forme de matrice. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la matrice est une matrice de Bayer pour le filtrage des trois couleurs Rouge, Vert et Bleu. L'invention concerne également un capteur optique comprenant une structure de filtrage optique et un substrat semi-conducteur photosensible sur lequel est déposée la structure de filtrage optique, caractérisé en ce que la structure de filtrage optique est une structure selon l'invention, une couche métallique d'extrémité de l'empilement ou la première couche diélectrique d'adaptation étant fixée sur une première face du substrat semi-conducteur. Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, lorsque la structure de filtrage optique est une structure dissymétrique telle que les couches diélectriques et métalliques les plus épaisses sont toutes situées d'un même côté par rapport à la couche métallique centrale, ce sont les couches diélectriques et métalliques de l'empilement les moins épaisses qui sont placées entre la première face du substrat semi-conducteur et la couche métallique centrale. Avantageusement, une structure de filtrage optique de l'invention, par exemple une matrice de Bayer, peut être telle que tous les filtres optiques élémentaires de la matrice qui constituent la structure ont une épaisseur plus petite que la plus courte des longueurs d'ondes utiles.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels faits en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : la figure 1, déjà décrite, représente une vue de dessus d'une matrice de Bayer selon l'art antérieur ; la figure 2, déjà décrite, représente une vue en coupe d'un capteur APS CMOS selon l'art antérieur la figure 3, déjà décrite, représente une vue de dessus d'une structure matricielle de filtrage optique de l'art antérieur ; la figure 4, déjà décrite, représente une vue en coupe de la structure matricielle de filtrage optique représentée en figure 3 ; les figures 5A et 5B, déjà décrites, représentent l'intensité d'un signal optique transmis par une structure à deux pixels voisins en fonction du type de transition qui existe entre les deux pixels voisins ; les figures 6A et 6B représentent une vue en coupe de deux exemples de structure matricielle de filtrage optique selon l'invention ; les figures 7A-7C représentent, respectivement, des courbes de transmission de filtres Bleu, Vert et Rouge conformes à la structure de l'invention représentée en figure 6B ; la figure 8 représente les courbes théoriques de réponses spectrales de la norme colorimétrique CIE 1931 pour les couleurs bleue, verte et rouge ; la figure 9 représente une réponse spectrale à atténuation de pic UV-bleu d'une structure conforme à l'invention.

Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.

Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention La figure 6A représente une vue en coupe d'un premier exemple de structure de filtrage optique selon l'invention. La structure de la figure 6A comprend deux couches diélectriques d2-d3 et trois couches métalliques ml-m3 placées sur un substrat S. Seule la couche métallique centrale m2 a une épaisseur variable, les deux couches diélectriques d2, d3 et les deux couches métalliques ml, m3 qui entourent la couche centrale m2 ayant chacune une épaisseur constante. La structure de la figure 6A représente le mode de réalisation de l'invention dans lequel l'empilement des couches diélectriques et métalliques a une structure symétrique par rapport à la couche métallique centrale, les couches diélectriques et métalliques situées de part et d'autre de la couche métallique centrale et qui ont un même rang par rapport à la couche métallique centrale ayant une épaisseur sensiblement identique. La variation d'épaisseur de la couche métallique centrale conduit à définir trois zones de filtrage Z1, Z2, Z3, la zone Z1 étant la zone de filtrage du Rouge (i.e. la zone transparente pour le Rouge), la zone Z2 la zone de filtrage du Vert (i.e. la zone transparente pour le Vert) et la zone Z3 la zone de filtrage du Bleu (i.e. la zone transparente pour le Bleu). La variation d'épaisseur de la seule couche métallique centrale m2 induit deux améliorations significatives, à savoir : - le fait de n'avoir à réaliser que deux lithogravures 30 de couches non superposées lors de la réalisation de la structure de filtrage, et - le fait de permettre une diminution très importante de la variation globale des épaisseurs de couche, ce qui conduit à considérablement diminuer l'artefact de transition entre pixels voisins.

Toutes choses égales par ailleurs, la structure de filtrage de l'invention a une épaisseur totale avantageusement plus faible que l'épaisseur totale de la structure divulguée dans la demande de brevet FR 2 904 432 mentionnée précédemment. La structure de base correspond en effet au filtre Bleu, lequel a une épaisseur comprise entre 180 et 300 nm suivant les structures et les matériaux diélectriques utilisés. Il en résulte une structure avantageusement ultra-mince.

Par ailleurs, la structure de l'invention conserve tous les avantages déjà mentionnés pour la structure décrite dans la demande de brevet FR 2 904 432, à savoir une grande tolérance angulaire, la possibilité d'intégrer une électrode métallique dans le filtre et la possibilité de filtrer l'infrarouge (IR) et l'ultra-violet lointain (UV lointain). La figure 6B représente une vue en coupe d'un deuxième exemple de structure de filtrage optique selon l'invention.

La figure 6B représente une structure de filtrage optique qui comprend une couche diélectrique d'adaptation optique sur chacune des couches métalliques située à une extrémité de l'empilement. Une première couche diélectrique d'adaptation optique dl est placée entre le substrat S et la couche métallique ml et une deuxième couche d'adaptation optique d4 est placée sur la couche métallique m3. Sur l'exemple de la figure 6B, les couches diélectriques d'adaptation ont une épaisseur constante d'un filtre optique élémentaire à l'autre. Comme cela a déjà été mentionné précédemment, l'invention concerne également le cas où la ou les couches diélectriques d'adaptation optique ont des épaisseurs différentes d'un filtre élémentaire à l'autre. Le tableau 2 ci-dessous donne un exemple de valeurs numériques pour les épaisseurs des différentes couches diélectriques et métalliques de la structure de la figure 6B en fonction des différentes zones de filtrage Z1, Z2 et Z3. La notation e(di) représente l'épaisseur de la couche diélectrique di (i=1, 2, 3, 4) et la notation e(mj) représente l'épaisseur de la couche métallique mj. Dans l'exemple choisi, les couches diélectriques sont en oxyde de Titane (TiO2) et les couches métalliques sont en argent (Ag). épaisseur Z1 Z2 Z3 e(dl) 50.Onm 50.Onm 50.Onm e (ml) 20.Onm 20.Onm 20.Onm e(d2) 51.7nm 51.7nm 51.7nm e(m2) 41.4nm 15.Onm 6.5nm e(d3) 51.4nm 51.4nm 51.4nm e (m3) 20. Onm 20. Onm 20. Onm e(d4) 49.7nm 49.7nm 49.7nm Total 284.2nm 257.9nm 249.4nm Tableau 2

Avantageusement, l'épaisseur totale de la structure de l'invention est très sensiblement 25 inférieure à l'épaisseur totale d'une structure de20 l'art antérieur ayant des performances de filtrage sensiblement identiques. Les figures 7A, 7B et 7C représentent, respectivement, les coefficients de transmission optique T1, T2 et T3 des pixels à filtres respectifs Rouge, Vert et Bleu de la structure représentée en figure 6B (zones Z1, Z2 et Z3) en fonction de la longueur d'onde A. Le coefficient de transmission optique T1 du pixel à filtre Rouge est centré à une longueur d'onde sensiblement égale à 605nm et présente un pic à sensiblement 380nm. Le coefficient de transmission optique T2 du pixel à filtre Vert est centré à une longueur d'onde sensiblement égale à 540nm et présente un pic à sensiblement 406nm. Le coefficient de transmission optique T3 du pixel à filtre Bleu est centré à une longueur d'onde sensiblement égale à 450nm. Avantageusement, les pics à 605nm, 540nm et 450nm des coefficients de transmission respectifs T1, T2, T3 correspondent sensiblement aux maxima des réponses spectrales de la norme CIE 1931 qui sont considérées comme des références colorimétriques. Les réponses spectrales R(À) de la norme CIE 1931 sont illustrées, pour mémoire, en figure 8. La réponse colorimétrique d'un imageur est d'autant meilleure que les spectres des pixels qui constituent l'imageur se rapprochent des spectres de la norme CIE 1931 . Il est clair que les filtres colorés de l'invention sont en conséquence très satisfaisants de ce point de vue.

Toutefois, les pics à 380nm et 406nm des coefficients de transmission respectifs Ti et T2 ne sont pas utiles. Selon un perfectionnement de l'invention, des moyens sont prévus pour diminuer l'amplitude de ces pics. Trois voies s'offrent pour effectuer cette diminution d'amplitude. Par rapport à une structure à empilement symétrique par rapport à la couche métallique centrale (cas où les couches diélectriques et métalliques de même rang situées de part et d'autre de la couche métallique centrale ont une épaisseur sensiblement identique (cf. tableau 2)), une première voie consiste à réaliser un empilement dissymétrique par rapport à la couche métallique centrale. Les couches diélectriques et métalliques qui se trouvent entre le substrat et la couche métallique centrale sont alors d'épaisseurs plus faibles que les couches diélectriques et métalliques qui se trouvent entre la couche métallique centrale et le milieu incident. A titre d'exemple non limitatif, le tableau 3 ci-dessous donne des valeurs d'épaisseur de couches diélectriques et métalliques d'une structure dissymétrique à sept couches (quatre couches diélectriques dont deux couches diélectriques d'adaptation optique et trois couches métalliques) . épaisseur Z1 Z2 Z3 e(dl) 20.Onm 20.Onm 20.Onm e (ml) 15 . Onm 15 . Onm 15 . Onm e(dl) 40.Onm 40.Onm 40.Onm e(m2) 36.Onm 13.Onm 7.Onm e(d3) 48.5nm 48.5nm 48.5nm e (m3) 25. Onm 25. Onm 25. Onm e(d4) 38.9nm 38.9nm 38.9nm Total 223.4nm 200.4nm 194.4nm Tableau 3 Il faut ici noter que l'épaisseur e(m3) de la couche m3 est sensiblement supérieure à l'épaisseur e(ml) de la couche ml, et il en serait de même entre les couches métalliques de même rang situées de part et d'autre de la couche métallique centrale d'une structure ayant un plus grand nombre de couches métalliques, le fait d'optimiser l'empilement pour diminuer le pic dans le proche UV aboutissant systématiquement à cette caractéristique. La figure 9 représente les coefficients de transmission T1, T2, T3 des pixels Rouge, Vert et Bleu de la structure dissymétrique de l'invention dont le tableau est donné ci-dessus (tableau 3). On peut observer une réelle diminution des pics indésirables. Une deuxième voie pour diminuer l'amplitude des pics indésirables est l'utilisation, pour réaliser les couches diélectriques, d'un matériau dont la longueur d'onde de coupure en absorption se situe sensiblement autour de 400nm tel que, par exemple, le sulfure de Zinc (ZnS). Une troisième voie consiste à mettre en oeuvre simultanément les première et deuxième voies 25 mentionnées ci-dessus. La structure de filtrage optique de l'invention se réalise à l'aide de méthodes technologiques micro-électroniques connues en soi. De façon préférentielle, les couches 30 diélectriques et métalliques sont déposées par pulvérisation cathodique sous vide qui est un procédé à froid . D'autres techniques comme l'évaporation sous vide sont toutefois possibles. Comme cela a déjà été mentionné précédemment, les matériaux sont, par exemple, l'argent (Ag) pour réaliser les couches métalliques et le dioxyde de Titane (TiO2) pour réaliser les couches diélectriques. Le contrôle des épaisseurs de couche peut se faire, par exemple, par la connaissance de la vitesse de dépôt. La réalisation d'une structure conforme à la structure de la figure 6B va maintenant être donnée à titre d'exemple non limitatif. On dépose successivement quatre couches jusqu'à la couche métallique destinée à former la couche métallique centrale de l'empilement de couches, à savoir : une première couche diélectrique d'épaisseur constante 20nm (couche dl), une première couche métallique d'épaisseur constante 15nm (couche ml), une deuxième couche diélectrique d'épaisseur constante 40nm (couche d2), et une deuxième couche métallique d'épaisseur constante 40nm (couche destinée à réaliser la couche m2). Deux étapes de lithogravure succèdent aux quatre étapes de dépôt. On utilise une résine pour protéger les zones à ne pas graver. La gravure se fait ensuite, par exemple en gravure ionique réactive (par exemple gaz CF4 + 02). Le point d'arrêt de la gravure est déterminé par exemple par interférométrie optique. Pour les valeurs d'épaisseur mentionnées précédemment (cf. la figure 6B et le tableau 3 associé, à savoir : 36nm pour le Bleu, 13nm pour le Vert et 7nm pour le Rouge), après le dépôt de la couche métallique d'épaisseur 36 nm, on fait un premier masquage ouvert sur les zones "vertes" et "rouges" et on grave sur une épaisseur de 23nm. On enlève ensuite le premier masquage et on en réalise un second où seules les zones "rouges" sont ouvertes et on grave à nouveau sur une épaisseur de 6nm. La couche métallique d'épaisseur variable est alors formée. On enlève ensuite la résine ( stripping en langue anglaise), puis on dépose les trois couches restantes d'épaisseurs constantes (respectivement couche diélectrique, couche métallique puis couche diélectrique) avec les mêmes procédés de dépôt que les procédés mentionnés ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS1. Structure de filtrage optique composée d'au moins deux filtres optiques élémentaires voisins, un filtre optique élémentaire étant centré sur une fréquence de transmission optimale, caractérisée en ce qu'elle comprend un empilement de n couches métalliques (ml-m3) et de n-1 couches diélectriques (d2-d3), n étant un entier impair supérieur ou égal à 3, chaque couche métallique alternant avec une couche diélectrique de sorte que la couche centrale de l'empilement soit une couche métallique (m2), chacune des couches de l'empilement ayant une épaisseur constante à l'exception de la couche métallique centrale dont l'épaisseur qui varie fixe la fréquence de transmission optimale d'un filtre élémentaire.
2. Structure de filtrage optique selon la revendication 1, dans laquelle les couches diélectriques et métalliques de l'empilement situées de part et d'autre de la couche métallique centrale et qui ont un même rang par rapport à la couche métallique centrale ont une épaisseur sensiblement identique.
3. Structure de filtrage optique selon la revendication 1, dans laquelle les couches diélectriques et métalliques de l'empilement situées de part et d'autre de la couche métallique centrale et qui ont un même rang par rapport à la couche métallique centrale n'ont pas la même épaisseur, les couches diélectriques et métalliques les plus épaisses étanttoutes situées d'un même côté par rapport à la couche métallique centrale.
4. Structure de filtrage optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins une couche métallique de l'empilement résulte de la superposition de deux couches métalliques élémentaires formées dans des matériaux métalliques différents.
5. Structure de filtrage optique selon la revendication 4, dans laquelle les couches métalliques de l'empilement qui ne sont pas formées de deux couches métalliques élémentaires sont en Argent et les couches métalliques de l'empilement qui résultent de la superposition de deux couches métalliques élémentaires comprennent une couche métallique élémentaire en Argent.
6. Structure de filtrage optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins une couche diélectrique de l'empilement résulte de la superposition d'au moins deux couches diélectriques élémentaires formées dans des matériaux différents.
7. Structure de filtrage optique selon la revendication 6, dans laquelle les couches diélectriques qui ne résultent pas de la superposition de deux couches diélectriques élémentaires et l'une des deux couches diélectriques élémentaires de chaquecouche diélectrique formée de deux couches diélectriques élémentaires sont réalisées dans l'un des matériaux suivants : dioxyde de titane (TiO2), nitrure d'aluminium dopé titane (AlTiN), sulfure de Zinc (ZnS), alliage sulfure de Zinc-Silice (ZnS(x)-Si02(1-x), alumine (Al203), nitrure de silicium (Si2Ny), fluorure de magnésium (MgF2).
8. Structure de filtrage optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une première couche diélectrique d'adaptation optique est placée sur la couche métallique située à une première extrémité de l'empilement et/ou une seconde couche diélectrique d'adaptation optique est placée sur la couche métallique située à une seconde extrémité de l'empilement, opposée à la première extrémité.
9. Structure de filtrage optique selon la revendication 8, dans laquelle la première couche diélectrique d'adaptation et/ou la seconde couche diélectrique d'adaptation ont une épaisseur qui varie d'au moins un premier filtre optique élémentaire à au moins un deuxième filtre optique élémentaire.
10. Structure de filtrage optique selon l'une des revendications 8 ou 9, dans laquelle les première et seconde couches diélectriques d'adaptation sont réalisées dans un matériau identique au matériau qui constitue les couches diélectriques de l'empilement.
11. Structure de filtrage optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les filtres optiques élémentaires sont disposés sous forme de matrice.
12. Structure de filtrage optique selon la revendication 11, dans laquelle la matrice est une matrice de Bayer pour le filtrage des trois couleurs Rouge, Vert et Bleu.
13. Capteur optique comprenant une structure de filtrage optique et un substrat semi-conducteur photosensible sur lequel est déposée la structure de filtrage optique, caractérisé en ce que la structure de filtrage optique est une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, une couche métallique d'extrémité de l'empilement ou la première couche diélectrique d'adaptation étant fixée sur une première face du substrat semi-conducteur.
14. Capteur selon la revendication 13, dans lequel, lorsque la structure de filtrage optique est une structure selon la revendication 3, ce sont les couches diélectriques et métalliques de l'empilement les moins épaisses qui sont placées entre la première face du substrat semi-conducteur et la couche métallique centrale.