JP2021007175A - 誘電体ミラーベースのマルチスペクトルフィルタアレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチスペクトル画像データを捕獲するマルチスペクトル画像デバイスを提供する。【解決手段】光センサのセットを含む光センサデバイスは、基板を含み、基板に配置されたマルチスペクトルフィルタアレイを含む。マルチスペクトルフィルタアレイは、基板の上に配置された第１の誘電体ミラーを含む。マルチスペクトルフィルタアレイは、第１の誘電体ミラーの上に配置されたスペーサを含む。スペーサは、層のセットを含む。マルチスペクトルフィルタアレイは、スペーサの上に配置された第２の誘電体ミラーを含む。第２の誘電体ミラーは、センサ素子のセットの２つ以上のセンサ素子と整列されている。【選択図】なし

Description

マルチスペクトル画像データを捕獲するためにマルチスペクトル画像デバイスが利用されることがある。例えば、マルチスペクトル画像化デバイスは、電磁気周波数のセットに関する画像データを捕獲してもよい。マルチスペクトル画像化デバイスは、画像データを捕獲するセンサ素子（例えば、光センサ、スペクトルセンサ、および／または画像センサ）のセットを含んでもよい。例えば、複数の周波数に関する情報を捕獲するためにセンサ素子のアレイを利用することができる。センサ素子アレイの特定のセンサ素子は、特定のセンサ素子に向けられた周波数の範囲を制限するフィルタと関連付けられてもよい。
いくつかの可能な実施形態によれば、光センサデバイスは、光センサのセットを含んでもよい。光センサデバイスは、基板を含んでもよい。光センサデバイスは、基板上に配置されたマルチスペクトルフィルタアレイを含んでもよい。マルチスペクトルフィルタアレイは、基板上に配置された第１の誘電体ミラーを含んでもよい。スペーサは、層のセットを含んでもよい。マルチスペクトルフィルタアレイは、スペーサ上に配置された第２の誘電体ミラーを含んでもよい。第２の誘電体ミラーは、センサ素子のセットの２つ以上のセンサ素子と整列されてもよい。
いくつかの可能な実施形態によれば、光フィルタは、第１の層を含んでもよい。第１の層は、第１の層に向けられた光の一部を反射する第１の誘電体ミラーであってもよい。第１の層は、光センサのセットに関連する基板の上に堆積されてもよい。光フィルタは、第２の層のセットを含んでもよい。第２の層のセットは、第１の層の上にのみ堆積されてもよい。第２の層のセットは、センサ素子のセットに対応するチャネルセットに関連付けられてもよい。チャネルセットのチャネルは、光センサのセットの特定の光センサに向けられた光の特定の波長に対応する特定の厚さに関連付けられてもよい。光フィルタは、第３の層を含んでもよい。第３の層は、第３の層に向けられた光の一部を反射する第２の誘電体ミラーであってもよい。第３の層は、第２の層のセットに関連する複数のセンサ素子のセットの上に堆積されてもよい。
いくつかの可能な実施形態によれば、システムは、基板に組み込まれた光センサのセットを含んでもよい。システムは、基板上に堆積されたマルチスペクトルフィルタアレイを含んでもよい。マルチスペクトルフィルタは、光源からの光を部分的に反射するための第１の誘電体ミラーを含んでもよい。第１の誘電体ミラーは、高屈折率の層および低屈折率の層の第１の４分の１波長スタックを含んでもよい。マルチスペクトルフィルタは、光源からの光を部分的に反射するための第２の誘電体ミラーを含んでもよい。第２の誘電体ミラーは、高屈折率の層および低屈折率の層の第２の４分の１波長スタックを含んでもよい。マルチスペクトルフィルタアレイは、第１の誘電体ミラーと第２の誘電体ミラーとの間に配置された複数の高屈折率のスペーサ層を含んでもよい。
本明細書に記載の実施例の概要図である。 マルチスペクトルフィルタアレイを有するセンサデバイスの製造プロセス例の図である。 図２に示すプロセス例に関する実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。 図２に示すプロセス例に関する他の実施例の図である。
以下の実施例の詳細な説明では、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照番号は、同一または類似の要素を特定してもよい。
センサ素子（例えば光センサ）は、電磁周波数のセットに関する情報（例えばスペクトルデータ）を取得するために光センサデバイスに組み込まれてもよい。例えば、光センサは、特定のセンサ素子に向けられた光のセンサ測定を実行することができるイメージセンサ、マルチスペクトルセンサなどの特定のセンサ素子を含んでもよい。この場合、光センサデバイスは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術を使用するイメージセンサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）技術を使用するイメージセンサなどの１つ以上のイメージセンサ技術を利用してもよい。光センサデバイスは、それぞれが画像データを取得するように構成される複数のセンサ素子（例えばセンサ素子のアレイ、センサ素子のスーパーアレイ、センサ素子の分散アレイなど）を含んでもよい。加えて、または代わりに、光センサデバイスは、それぞれが異なる波長の光と関連し、画像のセットを取得するように構成されたセンサ素子のセットを含んでもよい。
センサ素子は、センサ素子に向かう光をフィルタするフィルタと関連付けられてもよい。例えば、センサ素子は、光センサに向けられた光の一部をフィルタする線形可変フィルタ（ＬＶＦ）、円形可変フィルタ（ＣＶＦ）、ファブリ・ペローフィルタなどと並べられてもよい。しかしながら、ＬＶＦまたはＣＶＦを使用してフィルタアレイを統合すること、または半導体に関連してフィルタをパターン化することは困難である可能性がある。さらに、マルチスペクトル検出に利用されるフィルタのいくつかのセットは、捕捉可能な情報のスペクトル範囲または捕捉される情報の精度を低下させ得る比較的大きな角度シフト値、比較的小さなスペクトル範囲などと関連付けられ得る。更に、温度などの環境条件は、フィルタにセンサ素子に向けられた光の波長を変化させることによって、センサ素子の操作に影響を与える場合がある。
本明細書に記載の実施形態は、マルチスペクトル検出のため、４分の１波長スタックタイプのミラーまたは分布ブラッグ反射タイプのミラーなどの誘電体ミラーを使用する、環境的に耐久性のあるマルチスペクトルフィルタアレイを利用するものであってもよい。このようにして、耐久性が向上し、スペクトル範囲が改善し、温度シフトが改善し、透過率が向上し、および１つ以上の他のタイプのフィルタと比較して低減された角度シフトを有する光センサデバイス用の光フィルタを提供することができる。さらに、１つ以上の他のタイプのフィルタと比較して、半導体ベースのセンサ素子またはセンサ素子アレイ上にフィルタを組み込むことの難しさを低減することができる。
図１は、本明細書に記載されている実施例１００の概要図である。図１に示すように、マルチスペクトルフィルタ１０５は、第１の誘電体ミラー１１０−１と、第２の誘電体ミラー１１０−２と、スペーサ１２０とを含んでもよい。
さらに図１に示すように、第１の誘電体ミラー１１０−１および第２の誘電体ミラー１１０−２は、スペーサ１２０を挟んでもよい。言い換えると、スペーサ１２０は、第１の誘電体ミラー１１０−１と第２の誘電体ミラー１１０−２とをしきい値距離だけ分離させてもよく、および／またはスペーサ１２０の面は、第１の誘電体ミラー１１０−１および第２の誘電体ミラー１１０−２によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。いくつかの実施形態では、誘電体ミラー１１０は、特定の材料に関連付けられてもよい。例えば、誘電体ミラー１１０は、４分の１波長スタックを形成する誘電体材料の堆積層（例えば、堆積された水素化シリコン層のセットまたは酸化シリコン層）であってもよい。誘電体ミラー１１０−２は、マルチスペクトルフィルタアレイの各チャネルに関連するセンサ素子アレイの各センサ素子と並んでもよい。
いくつかの実施形態では、スペーサ１２０は、１つ以上のスペーサ層１３０を含んでもよい。例えば、スペーサ１２０は、スペーサ層１３０−１から１３０−５（例えば誘電体層）のセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の層１３０の厚さは、特定の波長に対する最小のスペーサの厚さを確保することに関連付けられてもよい。
１つ以上のセンサに向けられた８４２ナノメートル（ｎｍ）の波長に関するなどのいくつかの例では、層１３０−１は、１０８．５ｎｍの厚さに関連付けられてもよい。このように、スペーサ１２０は、１つ以上のセンサ素子に向けられるべき光の波長について、誘電体ミラー１１０の間の最小の分離を確保する。いくつかの実施形態では、１つ以上のスペーサ層１３０の厚さは、２進数に基づいて関連付けられてもよい。例えば、スペーサ層１３０−２は、約２６．９ナノメートルの厚さと関連付けられてもよく、スペーサ層１３０−３は、約１３．５ナノメートルの厚さと関連付けられてもよく、スペーサ層１３０−４は、約６．７ナノメートルの厚さと関連付けられてもよく、およびスペーサ層１３０−５は、約３．４ナノメートルの厚さと関連付けられてもよい。
いくつかの実施形態では、マルチスペクトルフィルタ１０５は、センサシステムの光センサデバイスに関連する基板上に堆積されてもよい。例えば、誘電体ミラー１１０−１は、情報（例えばスペクトルデータ）を捕獲するためのセンサ素子のアレイを含む基板上に（例えば堆積プロセスおよび／またはフォトリソグラフィのリフトオフプロセスによって）堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、スペーサ１２０は、複数の波長に関連する情報の捕獲を可能にする。例えば、第１のセンサ素子（例えば、裏面照射型光センサまたは正面照射型光センサ）と並べられたスペーサ１２０の第１の部分は、第１の厚さに関連付けられてもよく、および第２の光センサと並べられたスペーサ１２０の第２の部分は、第２の厚さに関連付けられてもよい。この場合、第１のセンサ素子および第２のセンサ素子に向かう光は、第１の厚さに基づく第１のセンサ素子の第１の波長と、第２の厚さに基づく第２のセンサ素子の第２の波長とに相当してもよい。いくつかの実施形態では、誘電体ミラー１１０−１および／または１１０−２は、センサ素子の大多数、センサ素子のすべてなどの、センサシステムのセンサ素子と整列されてもよい。このようにして、マルチスペクトルフィルタ１０５は、複数の厚さに関連し、光センサデバイスの複数のセンサ素子と並んだ複数の部分に関連するスペーサ（例えばスペーサ１２０）を使用する光センサデバイスによるマルチスペクトル検出を可能にする。
上に示したように、図１は、単なる一例である。他の例も可能であり、かつ図１に関して説明した例と異なってもよい。
図２は、図１に示すマルチスペクトルフィルタ１０５などのマルチスペクトルフィルタアレイを有する光センサデバイスを製造するためのプロセス例２００を示すフローチャートである。プロセス２００は、スペクトル測定に関する情報を捕獲するために使用されるマルチスペクトルフィルタアレイを有する光センサデバイスの設計に適用されてもよい。図３Ａ〜図３Ｃは、図２に示す例示的なプロセス２００に関する実施例３００の図である。
図２に示すように、プロセス２００は、光センサデバイス上で製造を開始することを含んでもよい（ブロック２１０）。例えば、図３Ａに参照番号３０４により示すように、基板３０６は、基板３０６に組み込まれたセンサ素子３０８のセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、基板３０６は、特定の構成に関連付けられてもよい。例えば、基板３０６は、シリコンベース基板を含んでもよい。別の例では、基板３０６は、ガラスベース基板を含んでもよく、およびセンサ素子３０８は、図８Ａおよび図８Ｂに関して本明細書で説明されるように、ガラスベースの基板に結合されるシリコンベースのウエハに配置される。さらに、または代わりに、基板３０６は、比較的高温条件の下における比較的低い角度シフトに関連付けられたマルチスペクトルフィルタアレイに関連付けられてもよい。
いくつかの実施形態では、基板３０６は、センサ素子３０８のセットによって得られた情報を提供するための１つ以上の導電経路（図示せず）を含んでもよい。例えば、基板３０６は、基板３０６が別のデバイスに取り付けられ、およびセンサ素子３０８のセットから、カメラデバイス、スキャンデバイス、計測デバイス、処理デバイス、マイクロコントローラデバイスなどの他のデバイスにデータを提供することを可能にする導電経路のセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、基板３０６は、基板材料の複数の層に関連付けられてもよい。例えば、基板３０６は、層がセンサ素子３０８のセットを受け取ることに関連付けられた多層基板を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、基板３０６は、センサ素子３０８の特定の類型に関連付けられてもよい。例えば、基板３０６は、ＣＭＯＳ技術、ＣＣＤ技術などを覆い、またはそれらに近接する１つ以上のフォトダイオード、センサアレイの１つ以上のセンサ素子に関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、センサ素子３０８は、裏面照射型光センサのセットを含んでもよい。この場合、基板３０６は、別の構成と比べてより薄くてもよく、それによって光がシリコン表面を通って光センサに向かうようにすることができる。
図２に更に示すように、プロセス２００は、光センサデバイスに関連付けられた基板上にマルチスペクトルフィルタアレイの複数の層を堆積させることを含んでもよい（ブロック２２０）。例えば、図３Ａに参照番号３１０により更に示すように、第１のミラー構造３１２が基板３０６上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のミラー構造３１２は、光センサデバイスのセンサ素子のセットと整列して配置された誘電体ミラーであってもよい。いくつかの実施形態では、第１のミラー構造３１２は、均一な厚さに関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、第１のミラー構造３１２は、基板３０６と第１のミラー構造３１２との間の中間層の上など、基板３０６のしきい値近接内に配置されてもよい。言い換えれば、第１のミラー構造３１２は、必ずしも基板３０６上に配置されず、基板３０６と第１のミラー構造３１２との間の中間層上に配置されてもよい。
いくつかの実施形態では、ミラー構造３１２は、誘電体成分などの特定の組成に関連付けられてもよい。例えば、ミラー構造３１２は、酸化物ベースの材料（例えば、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２などの高屈折率の酸化物、またはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの低屈折率の酸化物など）、窒化物ベースの材料（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、ゲルマニウムベースの材料、またはシリコンベースの材料（例えば、水素化シリコンベースの材料または炭化シリコンベースの材料など）などを利用してもよい。
いくつかの実施形態では、ミラー構造３１２および／または１つ以上のその他の層は、パルスマグネトロンスパッタリング堆積プロセスを使用して、基板３０６上に、または別の層上に堆積されてもよい。例えば、コーティングプラットフォームは、選択された材料の屈折率および所望のミラーの波長に基づく厚さのミラー構造３１２を堆積させることに関連付けられてもよい。同様に、コーティングプラットフォームは、特定の半導体ウエハサイズ（例えば、２００ミリメートル（ｍｍ）のウエハまたは３００ｍｍのウエハ）に関連付けられてもよく、およびパルスマグネトロンを利用して、本明細書に記載の特定の厚さの（例えば、いくつかのスペーサ層ついては５ナノメートル（ｎｍ）未満の厚さの、２ｎｍ未満の厚さの、または１ｎｍ未満の厚さの、およびその他のスペーサ層については５ｎｍより大きい、または１００ｎｍより大きいなどのその他の厚さの）層を堆積させてもよい。
いくつかの実施形態では、スペーサのスペーサ層のセットを堆積させて、ミラー構造３１２を別のミラー構造から分離してもよい。例えば、図３Ａに参照番号３１４により更に示すように、空洞の第１のスペーサ層３１６が、（例えば、パルスマグネトロンスパッタリング堆積プロセスを使用して）ミラー構造３１２上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のスペーサ層３１６は、パターニング技術に基づいてミラー構造３１２上に堆積されてもよい。例えば、特定の厚さの第１のスペーサ層３１６を形成するためにリフトオフプロセスが利用されてもよい。第１のスペーサ層３１６および／または別のスペーサ層は、ミラー構造３１２上に全面的に配置されてもよい。例えば、第１のスペーサ層３１６は、連続した誘電体ミラー上に連続したスペーサ層を形成する１つ以上の別個の部分を含んでもよい。この場合、第１のスペーサ層３１６および／または１つ以上のその他のスペーサ層は、本明細書に記載の第１のミラー構造３１２および別のミラー構造を有する全面的な層のセットとして、対応する複数のセンサ素子３０８の方へ光を向かわせるセンサ素子３０８のセットと整列した複数のチャネルを形成してもよい。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の、第１のミラー構造３１２および別のミラー構造に関連する第１のスペーサ層３１６は、特定のフィルタリング機能を実行することに関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、光源からの所望のスペクトル範囲（例えば、光センサに送られた約３８０ｎｍから約１１１０ｎｍの間）または低減された角度シフトについての要望に基づいて、第１のスペーサ層３１６および／または１つ以上のその他のスペーサ層は、酸化物ベースの材料（例えば、可視スペクトル範囲については、ニオブチタン酸化物（ＮｂＴｉＯｘ）、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、またはこれらの組み合わせなど）、窒化物ベースの材料（例えば、窒化シリコン）、シリコンベースの材料（例えば、６５０ｎｍより大きいスペクトル範囲については水素化シリコン（ＳｉＨ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、またはシリコン（Ｓｉ））、またはゲルマニウム（Ｇｅ）ベースの材料（例えば、赤外のスペクトル範囲について）などを利用してもよい。いくつかの実施形態では、第１のスペーサ層３１６は、別の材料と比較して角度シフトの低減を達成するために、特定の材料を利用してもよい。例えば、Ｓｉ−Ｈベースの材料を利用することにより、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）ベースの材料を使用することに比べて、角度シフトを低減することができる。別の例では、第１のスペーサ層３１６は、別のタイプの酸化物材料、窒化物材料、またはフッ化物材料などを利用してもよい。いくつかの実施形態では、光源は、特定のスペクトル範囲（例えば、約７００ナノメートルから約１１００ナノメートルの間）の光を生成してもよい。
いくつかの実施形態では、ミラー構造３１２および／または１つ以上のその他のミラー構造および第１のスペーサ層３１６および／または１つ以上のその他のスペーサ層は、スペーサ層のセットとミラーのセットとの間の屈折率の比を最大にするように選択されてもよい。例えば、光センサデバイスは、誘電体ミラーの低屈折率の層の材料（８９０ｎｍにおいて約１．４７の屈折率）に対しては二酸化シリコン（ＳｉＯ２）ベースの材料、および誘電体ミラーの高屈折率の層の材料（８９０ｎｍにおいて約３．６６の屈折率）に対しては水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）を利用してもよい。同様に、光センサデバイスは、ニオブチタン酸化物（ＮｂＴｉＯｘ）ベースの材料（８９０ｎｍにおいて約２．３３の屈折率）を利用してもよい。例えば、ミラー構造３１２および／または１つ以上のその他のミラー構造は、比較的大きなスペクトル範囲を提供するために、二酸化シリコンベースの材料および／または水素化シリコンベースの材料を利用してもよく、および第１のスペーサ層３１６および／または１つ以上のその他のスペーサ層は、比較的低減された熱シフトを提供するために、水素化シリコンベースの材料、またはニオブチタン酸化物、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、またはそれらの混合物などを利用してもよい。
図３Ｂに参照番号３１８により示すように、第２のスペーサ層３２０は、第１のスペーサ層３１６の上に堆積されてもよい。例えば、第２のスペーサ層３２０は、反応性スパッタリングプロセス、パルスマグネトロンスパッタリングプロセス、イオンビーム支援蒸着プロセス、イオンビームスパッタリングプロセス、デュアルイオンビームスパッタリングプロセス、反応性直流スパッタリングプロセス、交流スパッタリングプロセス、高周波スパッタリングプロセス、または原子層堆積プロセスなどを使用して堆積されてもよい。本明細書では、層の堆積の特定の順序に関して説明したが、層の堆積の別の順序が利用されてもよい。
いくつかの実施形態では、第２のスペーサ１２０は、第１のスペーサ層３１６に関する厚さに関連付けられてもよい。例えば、第１のスペーサ層３１６が第１の厚さｔ０に関連付けられている場合、第２のスペーサ層３２０は、第２の厚さｔ１で堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、第２のスペーサ層３２０は、第１のスペーサ層３１６の一部の上に堆積されてもよい。例えば、チャネルセットについての所望のスペーサの厚さの配置に基づいて、第１のスペーサ層の表面のサブセット上に第２のスペーサ層を堆積させて、第１のセンサ素子３０８を第１のスペーサの厚さに関連付けさせ、および第２のセンサ素子３０８を第２のスペーサの厚さに関連付けさせてもよく、これにより第１のセンサ素子３０８が第１の波長に関する情報を捕獲することができ、および第２のセンサ素子３０８が第２の波長に関する情報を捕獲することができるようになる。さらに、または代わりに、第１の層は、堆積されて、センサ素子のセットを覆ってもよく、第２の層は、堆積されてセンサ素子のセットの半分を覆ってもよく、第３の層は、堆積されてセンサ素子の一部を覆ってもよい、などである。スペーサ層のセットのパターニングに関する更なる詳細は、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５Ａおよび図５Ｂに関して説明される。
図３Ｂに参照番号３２２により更に示すように、第３のスペーサ層３２４は、第２のスペーサ層３２０および／または第１のスペーサ層３１６の上に堆積されてもよい。例えば、第３のスペーサ層３２４および／または１つ以上の後続のスペーサ層（図示せず）が堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、第３のスペーサ層３２４（および／または１つ以上のその他のスペーサ層ｎ、ここでｎは２以上）は、前の層（例えば、第３のスペーサ層３２４に対して第２のスペーサ層３２０）の半分の厚さに関連付けられてもよい。言い換えれば、第３のスペーサ層３２４は、第２のスペーサ層３２０の厚さの１／２の厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、第３のスペーサ層３２４は、第１のスペーサ層３１６および／または第２のスペーサ層３２０の一部の上に選択的に堆積されてもよい。例えば、第３のスペーサ層３２４の第１の部分は、第１のスペーサ層３１６の一部の上に堆積されてもよく、第３のスペーサ層３２４の第２の部分は、第２のスペーサ層３２０の一部の上に堆積されてもよく、これにより、複数のセンサ素子３０８が複数のスペーサの厚さに関連付けられることができ、および複数の波長に関する情報を捕獲することができる。
図３Ｂに参照番号３２６により示すように、ミラー構造３２８が堆積されてもよい。例えば、ミラー構造３２８は、１つ以上の層（例えば、第１のスペーサ層３１６、第２のスペーサ層３２０、第３のスペーサ層３２４、または別の後続の層）の１つ以上の部分の上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、ミラー構造３２８は、光センサデバイスの光センサ（例えばセンサ素子３０８）と整列して配置された誘電体ミラーであってもよい。スペーサ層３１６、３２０、および３２４に基づいて堆積されることにより、ミラー構造３２８は、空洞によってミラー構造３１２から分離される。このようにして、光は、１つ以上の波長で１つ以上のセンサ素子３０８の方に向けられてもよい。いくつかの実施形態では、ミラー構造３２８とスペーサ層３２４との間に別の層が堆積されてもよい。例えば、１つ以上の機能を行うために、薄膜層などが堆積されてもよい。
図３Ｃに示すように、レンズ３３０を堆積させる前に、帯域外遮蔽物層のセット３３２（例えば、パターニングされた遮蔽物を形成する層のセット）が堆積されてもよい。代わりに、反射防止コーティング層のセット３３４が堆積されてもよい。この場合、図３Ｃに示すように、ミラー構造３２８は、反射防止コーティング層３３４上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の別個のフィルタコーティングを堆積させることができる。さらに、または代わりに、複数の波長、複数のチャネルなどの帯域外の光を抑制するために、単一の遮蔽物が堆積されてもよい。
図２に更に示すように、いくつかの実施形態では、プロセス２００は、マルチスペクトルフィルタアレイに関連する１つ以上のその他の層を堆積することを含んでもよい（ブロック２３０）。例えば、本明細書で詳細に説明するように、反射防止コーティングフィルタ（例えば、反射防止コーティング層）、帯域外遮蔽フィルタ（例えば、帯域外遮蔽物層）、高次抑制フィルタ（higher-order suppression filter）などのフィルタは、ミラー構造３２８上などに堆積されてもよい。 図２に更に示すように、プロセス２００は、マルチスペクトルフィルタアレイで光センサデバイスをファイナライズすることを含んでもよい（ブロック２４０）。例えば、図３Ｂに更に参照番号３２６により示すように、レンズ３３０のセットがミラー構造３２８に取り付けられてもよい。例えば、ガラスレンズ、プラスチックレンズなどの特定のレンズ３３０は、例えば光を収束させ、光を歪ませ、光を方向付け、光が光センサデバイスに入ることができる角度許容値を増加させ、または光センサデバイスのセンサ素子３０８に向かう光の量を増加させるためなど、対応するセンサ素子３０８に向けられた光の特性を変更させるために、ミラー構造３２８に取り付けられてもよい。
このようにして、マルチスペクトルファブリペローフィルタアレイは、誘電体ミラーおよび／または４分の１波長スタックを使用して構成されてもよい。さらに、または代わりに、誘電体ミラーの利用に基づいて、異なるタイプのミラーを利用する場合に比べて、比較的大きなスペクトル帯域幅を達成することができる。さらに、または代わりに、ニオブチタン酸化物スペーサ層の使用に基づいて、異なるタイプのスペーサを利用する場合に比べて、マルチスペクトルフィルタアレイの遮蔽範囲を大幅に減少させることなく、比較的低い温度シフトを達成することができる。さらに、または代わりに、パルスマグネトロンスパッタリングプロセスおよび／またはリフトオフプロセスの利用に基づいて、マルチスペクトルフィルタアレイは、製造が過度に困難ではない、半導体基板を有する光センサデバイスに組み込まれてもよい。
図２は、プロセス２００の例示的なブロックを示すが、いくつかの実施形態では、プロセス２００は、追加のブロック、より少ないブロック、異なるブロック、または図２に示したものとは異なる配置のブロックを含んでもよい。さらに、または代わりに、プロセス２００の２つ以上のブロックは、並行して実行されてもよい。上述のように、図３Ａ〜図３Ｃは、単なる一例として提供されている。その他の例も可能であり、図３Ａ〜図３Ｃに関して説明したものと異なってもよい。
図４Ａ〜図４Ｃは、図２に示す例示的なプロセス２００に関連する実施例４００の図である。図４Ａ〜図４Ｃは、マルチスペクトルフィルタのフィルタアレイのレイアウトの一例を示す。
図４Ａに示すように、フィルタアレイ４０１は、層のセットに関連付けられてもよい。フィルタアレイ４０１は、１６のセンサ素子に対応する１６チャネル（例えば光チャネル）を含む４×４のフィルタアレイであってもよい。いくつかの実施形態では、フィルタアレイ４０１は、図１の断面図に示された例示のマルチスペクトルフィルタ１０５に対応する。いくつかの実施形態では、各チャネルは、センサアレイに関連付けられてもよい。例えば、チャネルは、向けられた光に関する情報をチャネルを用いて捕獲することに関連付けられたセンサ素子のセットを有するセンサアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、各チャネルは、各スペーサ層に対する特定の厚さに関連付けられてもよい。チャネルのスペーサ層のセットの厚さは、チャネルに対応する光センサによって捕獲されるべき情報の所望の波長に基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、４×４フィルタアレイ（例えば、または別の次元のフィルタアレイ）は、モザイクパターン（例えば、スナップショットベイヤモザイクパターン）、タイルパターン（例えば、スナップショットタイルパターン）、またはラインパターン（例えば、連続ライン走査パターン、または非連続ライン走査パターン）などの特定のパターニングに関連付けられてもよい。
光センサによって捕獲されるスペクトル範囲に基づいて、４×４フィルタアレイのミラーによって挟まれたスペーサ層の厚さは、
ｔｍａｘ＝２＊（λｍａｘ／（４＊ｎｒｅｆ））；
ｔｍｉｎ＝２＊（λｍｉｎ／（４＊ｎｒｅｆ））；
と決定されてもよく、ここで、ｔｍａｘは、情報が捕獲される最も高い中心波長のためにミラー構造のセットを分離するスペーサ層の合計の厚さを表し、λｍａｘは、画像データが捕獲される最も高い中心波長を表し、ｎｒｅｆは、スペーサ層の屈折率を表し、ｔｍｉｎは、画像データが捕獲される最も低い中心波長のためにミラー構造のセットを分離するスペーサ層の合計の厚さを表し、およびλｍｉｎは、画像データが捕獲される最も高い中心波長を表す。
チャネルセット（例えば、４×４フィルタアレイの１６チャネル）を形成するために堆積されるべきスペーサ層の層の数は、
ｃ＝２ｘ；
と決定されてもよく、ここで、ｃは、堆積されたスペーサ層の所与の数ｘに対して生成されることができるチャネルの最大数を表す。いくつかの実施形態では、スペーサ層の特定の数に対して最大のチャネル数を選択することができる。例えば、４つのスペーサ層の堆積では最大１６チャネルが生成されてもよいが、４つのスペーサ層に対して９チャネル、１０チャネルなどの別のチャネル数が選択されてもよい。この場合、１つ以上のチャネルは、省略または複製されてもよい。例えば、特定の光センサが、特定の波長に関する画像データを捕獲することについての性能不足に関連付けられる場合、特定の波長に関する情報は、情報の精度を向上させるために、複数のチャネルに関連する複数の光センサによって捕獲されるようにされてもよい。
特定のチャネルのスペーサ層の各層の厚さは（例えば、等距離チャネルセットについて）、
ｔ０＝ｔｍｉｎ；
ｔ１＝（ｃ／２）／（（ｃ−１）＊２＊ｎｒｅｆ）＊（λｍａｘ−λｍｉｎ）；
ｔｎ＝ｔｎ−１／２；
ｎ＝ｌｏｇ２（ｃ）；
と決定されてもよく、ここで、ｔｎは、第ｎ番目の層の厚さ（例えば、ｔ０は、第１の層であり、ｔ１は、第２の層である）を表し、ｃは、チャネルセットのチャネルのチャネル数を表す。いくつかの実施形態では、等距離でないチャネルセットが利用されてもよい。例えば、第１の波長セットと、第１の波長セットと不連続である第２の波長セットとに関する情報を得るために、チャネルの不連続なパターニングが選択されてもよい。この場合、ｔｍｉｎおよびｔｍａｘは、やはり決定されるが、異なる中間層のセットが選択されてもよい。いくつかの実施形態では、異なるチャネル数が利用されてもよい。さらに、または代わりに、チャネルのパターニングは、共通の厚さを有する複数のチャネルを用いて利用されてもよく、それにより複数の光センサが共通の波長の光に関する情報を捕獲することを可能にする。
参照番号４０２により示すように、フィルタアレイ４０１は、特定の波長の光を対応する光センサに向かわせるために、各チャネルが特定の厚さに関連する（例えば、第１のミラー構造と第２のミラー構造との間のスペーサ層の）層４０２、Ｎを含む。例えば、層４０２のチャネルの第１のグループは、（例えば、第１のミラー構造の上に、または第１のミラー構造の上に堆積された保護層などの別の層の上に）８＊ｔ４の厚さ（ここで、ｔ４は、第４の層の厚さを表す）の層が堆積されていることを示す８＊ｔ４の厚さに関連付けられる。同様に、層４０２のチャネルの第２のグループは、これらのチャネルについては、堆積が行われているが、堆積した材料を取り除くためにリフトオフが使用されていることを示す０＊ｔ４の厚さに関連付けられる。
図４Ａに参照番号４０４により更に示すように、層４０４、Ｎ＋１は、層４０２の上に堆積されている。層４０４は、４＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。いくつかの実施形態では、層４０４の厚さは、層４０２の厚さに基づいて選択される。例えば、マルチスペクトルフィルタ（例えば、フィルタ層の二進数列に関連付けられたフィルタ）を製造する場合、層４０４の厚さは、層４０２の厚さの半分として選択されてもよい。別の例では、層４０２と層４０４との間の別の関係が利用されてもよい。例えば、層４０４は、層４０２の厚さの７５％であってもよく、および後続の層は、層４０４の厚さの３３％、２５％などであってもよい。別の例では、層４０４は、層４０２の５０％であってもよく、および後続の層は、層４０４の厚さの３３％、または層４０４の厚さの１０％などであってもよい。
図４Ａに参照番号４０６により更に示すように、層４０６、Ｎ＋２は、層４０４の上に堆積されている。層４０６は、２＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４０８により示すように、層４０８、Ｎ＋３は、層４０６の上に堆積されている。層４０８は、１＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４１０により示すように、フィルタアレイ４０１の層Ｎ〜層Ｎ＋３の厚さは、各チャネルの各層の厚さを合計することに基づいて特定される。例えば、二進数列およびフィルタ層の配置に基づいて、各チャネルは異なる厚さに関連付けられてもよく、それにより、対応する各光学センサが異なる波長に関する情報を捕獲することを可能にする。その上にｔ１からｔｎが配置される層の厚さｔ０（例えば、ｔｍｉｎ）は、情報（例えば、スペクトルデータ）が捕獲されるべき光の波長に関連してもよい。
図４Ｂに示すように、同様のフィルタアレイ４２１は、それぞれが１つ以上の厚さに関連付けられている層のセットに関連付けられてもよい。参照番号４２２により示すように、層４２２、Ｍは、８＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４２４により示すように、層４２４、Ｍ＋１は、４＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４２６により示すように、層４２６、Ｍ＋２は、２＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４２８により示すように、層４２８、Ｍ＋３は、１＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４３０により示すように、層４２２、４２４、４２６、および４２８の堆積の結果は、フィルタアレイ４２１のチャネルのセットについての厚さのセットであり、フィルタアレイ４２１の光学センサが波長セットに関する画像データを捕獲することを可能にする。
図４Ｃに示すように、別のフィルタアレイ４４１は、フィルタアレイ４０１およびフィルタアレイ４２１の４×４の配置ではなく、１６チャネルの線形配置を利用してもよい。参照番号４４２により示すように、層４４２、Ｌは、８＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４４４により示すように、層４４４、Ｌ＋１は、４＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４４６により示すように、層４４６、Ｌ＋２は、２＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４４８により示すように、層４４８、Ｌ＋３は、１＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第１のグループと、０＊ｔ４の厚さを有するチャネルの第２のグループとを含む。参照番号４５０により示すように、層４４２、４４４、４４６、および４４８の堆積の結果は、フィルタアレイ４４１のチャネルのセットについての厚さのセットであり、光学センサをして波長セットに関する画像データを捕獲させる。
上述のように、図４Ａ〜図４Ｃは、単なる一例として提供されている。その他の例も可能であり、図４Ａ〜図４Ｃに関して説明したものと異なってもよい。
図５Ａおよび図５Ｂは、図２に示す例示的なプロセス２００に関する実施例５００の図である。図５Ａおよび図５Ｂは、不均一なチャネル間隔を有するマルチスペクトルフィルタのフィルタアレイのレイアウトの一例を示す。
図５Ａに示すように、フィルタアレイ５０１（例えば、マルチスペクトルフィルタ）は、等距離でないチャネルレイアウトを利用してもよい。例えば、参照番号５０２〜５０８により示すように、層５０２は、１０＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよく、層５０４は、５＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよく、層５０６は、３＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよく、層５０８は、１＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよい。参照番号５１０により示すように、層５０２、５０４、５０６、および５０８の堆積の結果は、各チャネルに対して等距離ではない厚さのセットである。例えば、チャネル５１１は、０＊ｔ４の厚さに関連付けられ、チャネル５１２は、１＊ｔ４の厚さに関連付けられ、チャネル５１３は、４＊ｔ４の厚さに関連付けられ、およびチャネル５１４は、３＊ｔ４の厚さに関連付けられる（例えば、２＊ｔ４の厚さに関連付けられたチャネルが除かれている）。このようにして、フィルタアレイ５０１は、フィルタアレイ５０１に関連付けられた光センサのセットが、非連続的な波長セット（例えば、波長が等間隔に分離されていない波長セット）に関する情報を捕獲することを可能にする。
図５Ｂに示すように、同様のフィルタアレイ５２１は、等距離でないチャネル間隔を利用してもよい。例えば、参照番号５２２〜５２８により示すように、層５２２は、１５＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよく、層５２４は、４＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよく、層５２６は、２＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよく、層５２８は、１＊ｔ４の厚さを有するチャネルのグループを含んでもよい。参照番号５３０により示すように、層５２２、５２４、５２６、および５２８の堆積の結果は、等距離でないチャネルのセットに対する厚さのセットである。例えば、チャネル５３１は、２＊ｔ４の厚さに関連付けられ、チャネル５３２は、６＊ｔ４の厚さに関連付けられ、チャネル５３３は、２１＊ｔ４の厚さに関連付けられ、およびチャネル５３４は、１７＊ｔ４の厚さに関連付けられる（例えば、厚さ８＊ｔ４〜１４＊ｔ４のチャネルが除かれている）。チャネル５３２とチャネル５３３との間の不連続は、フィルタアレイ５２１に関連付けられた光センサのセットが、フィルタアレイ５２１のその他のチャネル間の分離と等しくないスペクトル量によって分離された２つの波長範囲に関する情報を捕獲することを可能にする。
上述のように、図５Ａおよび図５Ｂは、単なる一例として提供されている。その他の例も可能であり、図５Ａおよび図５Ｂに関して説明したものと異なってもよい。
図６Ａおよび６Ｂは、図２に示す例示的なプロセス２００に関する実施例６００の図である。
図６Ａに示すように、センサ素子３０８は、本明細書に記載の光センサデバイスの製造中に基板３０６に配置されてもよい。本明細書に記載のように、フィルタ層およびスペーサ層のセットがその上に堆積されるガラスウエハ６０２が提供されてもよい。
図６Ｂに示すように、ガラスウエハ６０２上に層６０４のセットを堆積させた後、ガラスウエハ６０２および層６０４は、参照番号６０６により示すように、基板３０６に結合される。
上述のように、図６Ａおよび図６Ｂは、単なる一例として提供されている。その他の例も可能であり、図６Ａおよび図６Ｂに関して説明したものと異なってもよい。
このようにして、光センサデバイスの半導体基板上に統合され、比較的低い角度シフトおよび比較的高いスペクトル範囲を提供し、並びにＬＶＦタイプのフィルタ、ＣＶＦタイプのフィルタなどの他のフィルタ構造に比べて環境的に耐久性のある光センサデバイスのためのマルチスペクトルフィルタアレイが製造されてもよい。
上述の開示は、図および説明を提供するが、網羅的であることも、実施形態を開示された厳密な形態に限定することも意図しない。変更および変形は、上述の開示に照らして可能であり、または実施形態の実施から取得されてもよい。
いくつかの実施形態は、しきい値に関連して本明細書で説明されている。本明細書で使用されているように、しきい値を満たすということは、しきい値よりも大きな、しきい値よりも多い、しきい値よりも高い、しきい値以上の、しきい値よりも少ない、しきい値よりも低い、しきい値以下の、しきい値と同じ、などの値を指してもよい。
特徴の特定の組み合わせが特許請求の範囲において列挙され、および／または明細書に開示されているが、これらの組み合わせは、可能な実施形態の開示を限定することを意図するものではない。実際に、これらの特徴の多くは、具体的に特許請求の範囲に列挙されていない、および／または明細書に開示されていない方法で組み合わせることができる。以下に列挙する各従属請求項は、ただ１つの請求項に直接に従属することができるが、可能な実施形態の開示は、請求項セットの他のすべての請求項と組み合わせた各従属請求項を含む。
本明細書で使用される要素、行為、または命令は、明示的に記載されていない限り、決定的または本質的であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される限り、冠詞「ａ」および「ａｎ」は、１つ以上のものを含むことを意図し、および「１つ以上の」と同じ意味で使用されてもよい。さらに、本明細書で使用される限り、「セット（set）」の用語は、１つ以上のもの（例えば、関連したもの、関連しないもの、関連したものおよび関連しないものの組み合わせなど）を含むことを意図し、および「１つ以上の」と同じ意味で使用されてもよい。１つのもののみが意図されている場合、「１つ（one）」という用語または同様の言葉が使用される。また、本明細書で使用される限り、「有する（has、have、havingなど）」の用語は、無制限の用語であることを意図する。さらに、「に基づいて（based on）」という語句は、明示的に別段の定めがない限り、「少なくとも部分的に基づいて」を意味するものとする。

Claims (20)

  1. 光センサのセットと、
    基板と、
    を含む光センサデバイスであって、
    該基板に配置されたマルチスペクトルフィルタアレイは、
    該基板の上に配置された第１の誘電体ミラーと、
    該第１の誘電体ミラーの上に配置されたスペーサであって、層のセットを含むスペーサと、
    該スペーサの上に配置された第２の誘電体ミラーと、
    を含み、
    該第２の誘電体ミラーは、センサ素子のセットの２つ以上のセンサ素子と整列している光センサデバイス。
  2. 前記第１の誘電体ミラーは、均一な厚さを有する請求項１に記載の光センサデバイス。
  3. 前記スペーサは、前記第１の誘電体ミラーの上に全面的に配置されている請求項１に記載の光センサデバイス。
  4. 前記第２の誘電体ミラーは、前記センサ素子のセットの大多数と整列している請求項１に記載の光センサデバイス。
  5. 前記第２の誘電体ミラーは、前記センサ素子のセットのすべてを覆っている請求項１に記載の光センサデバイス。
  6. 前記層のセットは、スペーサ層のセットを含み、
    該スペーサ層のセットの第１の層は、前記光センサのセットと整列している光チャネルのセットの第１のチャネルに対応し、および第１の厚さに関連付けられ、
    該スペーサ層のセットの第２の層は、該光チャネルのセットの第２のチャネルに対応し、および該第１の厚さと異なる第２の厚さに関連付けられている、
    請求項１に記載の光センサデバイス。
  7. 前記第１の誘電体ミラーおよび前記第２の誘電体ミラーは、
    水素化シリコンベースのミラー、または
    二酸化シリコンベースのミラー
    のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の光センサデバイス。
  8. 前記スペーサは、
    酸化物ベースの材料、
    窒化物ベースの材料、
    ゲルマニウムベースの材料、または
    シリコンベースの材料、
    のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の光センサデバイス。
  9. マルチスペクトルフィルタアレイの１つ以上の層は、堆積層であって、
    該堆積層は、パルスマグネトロンスパッタリングプロセスまたはリフトオフプロセスを使用して前記基板の上に堆積されている請求項１に記載の光センサデバイス。
  10. 前記基板は、半導体基板またはガラスベースの基板であり、および前記光センサのセットは、
    該基板の上に配置されたフォトダイオードアレイ、
    該基板の上に配置された電荷結合素子（ＣＣＤ）センサアレイ、または
    該基板の上に配置された相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイ、
    のうちの少なくとも１つを更に含む請求項１に記載の光センサデバイス。
  11. 前記光センサのセットに向けられた光をフィルタにかけるために前記マルチスペクトルフィルタアレイの上に配置された１つ以上のフィルタ層であって、
    該１つ以上のフィルタ層は、
    帯域外遮蔽層のセット、
    反射防止コーティング層のセット、または
    高次抑制層のセット、
    のうちの少なくとも１つを含む、１つ以上のフィルタ層を更に含む請求項１に記載の光センサデバイス。
  12. 前記第１の誘電体ミラーまたは前記第２の誘電体ミラーのうちの少なくとも１つは、４分の１波長スタックミラーである請求項１に記載の光センサデバイス。
  13. 第１の層に向けられた光の一部を反射するための第１の誘電体ミラーであり、光センサのセットに関連付けられた基板の上に堆積されている第１の層と、
    該第１の層の上のみに堆積され、センサ素子のセットに対応するチャネルのセットに関連付けられた第２の層のセットであって、
    該チャネルのセットのチャネルは、該光センサのセットの特定の光センサに向けられるべき光の特定の波長に対応する特定の厚さに関連付けられている第２の層のセットと、
    第３の層に向けられた光の一部を反射するための第２の誘電体ミラーであり、該第２の層のセットに関連付けられた複数の該センサ素子のセットの上に堆積されている第３の層と、
    を含む光フィルタ。
  14. 前記光フィルタが光源に露光された場合、前記光センサのセットに向けられた光のスペクトル範囲は、約７００ｎｍから約１１００ｎｍの間である請求項１３に記載の光フィルタ。
  15. 前記第２の層のセットは、ニオブチタン酸化物ベースの材料を含む請求項１３に記載の光フィルタ。
  16. 前記チャネルのセットは、不均一なチャネル間隔に関連付けられている請求項１３に記載の光フィルタ。
  17. 基板に組み込まれた光センサのセットと、
    該基板の上に堆積されたマルチスペクトルフィルタアレイと、
    を含むシステムであって、
    該マルチスペクトルフィルタアレイは、
    光源からの光を部分的に反射する第１の誘電体ミラーであって、高屈折率の層および低屈折率の層の第１の４分の１波長スタックを含む第１の誘電体ミラーと、
    光源からの光を部分的に反射する第２の誘電体ミラーであって、高屈折率の層および低屈折率の層の第２の４分の１波長スタックを含む第２の誘電体ミラーと、
    該第１の誘電体ミラーと該第２の誘電体ミラーとの間に配置された複数の高屈折率のスペーサ層と、
    を含むシステム。
  18. 前記光センサのセットは、スーパーアレイの複数の光センサである請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記高屈折率の層は、水素化シリコン層であり、および前記低屈折率の層は、二酸化シリコン層である請求項１７に記載のシステム。
  20. 前記高屈折率のスペーサ層は、
    水素化シリコン層、
    酸化チタン層、
    酸化ニオブ層、または
    酸化チタン層、
    のうちの少なくとも１つである請求項１７に記載のシステム。
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