KR20220152382A - 광학 필터 어레이 - Google Patents

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KR20220152382A
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조지 제이. 오큰푸스
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비아비 솔루션즈 아이엔씨.
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Abstract

디바이스는 기판 상에 배치된 필터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 기판 상에 배치된 제1 미러를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 제1 미러 상에 배치된 복수의 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스페이서 중 제1 스페이서는 제1 두께와 연관될 수 있다. 상기 복수의 스페이서 중 제2 스페이서는 상기 제1 두께와는 상이한 제2 두께와 연관될 수 있다. 상기 제1 스페이서에 대응하는 제1 채널과 상기 제2 스페이서에 대응하는 제2 채널은 대략 10 마이크로미터(㎛) 미만의 분리 폭과 연관될 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 복수의 스페이서 상에 배치된 제2 미러를 포함할 수 있다.

Description

광학 필터 어레이{OPTICAL FILTER ARRAY}
센서 소자 어레이(sensor element array)와 같은 광학 디바이스에서, 센서 소자들은 특정 간격(spacing)과 연관될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서 소자는 제2 센서 소자로부터 특정 간격과 연관될 수 있다. 센서 소자들은 대략 50 마이크로미터(㎛) 내지 200 마이크로미터의 크기와 연관될 수 있다. 한 쌍의 센서 소자들 사이의 간격은 대략 20㎛보다 클 수 있다. 센서 소자 어레이는 3-차원 깊이 감지 시스템(depth sensing system) 등과 같은 감지 시스템에 사용될 수 있다.
일부 가능한 구현 예에 따라, 디바이스는 기판 상에 배치된 필터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 기판 상에 배치된 제1 미러(mirror)를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 제1 미러 상에 배치된 복수의 스페이서(spacer)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스페이서 중 제1 스페이서는 제1 두께와 연관될 수 있다. 상기 복수의 스페이서 중 제2 스페이서는 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께와 연관될 수 있다. 상기 제1 스페이서에 대응하는 제1 채널, 및 상기 제2 스페이서에 대응하는 제2 채널은 대략 10 마이크로미터(㎛) 미만의 분리 폭과 연관될 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 복수의 스페이서 상에 배치된 제2 미러를 포함할 수 있다.
일부 가능한 구현 예에 따라, 디바이스는 기판 상에 배치된 필터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 기판 상에 배치된 제1 미러를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 제1 미러 상에 배치된 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 복수의 스페이서 층을 포함할 수 있다. 상기 복수의 스페이서 층 중 제1 스페이서 층은 상기 제1 미러를 덮도록(cover) 배치될 수 있다. 상기 복수의 스페이서 층 중 제2 스페이서 층은 상기 제1 스페이서 층 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 스페이서 층에 대응하는 제1 채널, 및 상기 제2 스페이서 층에 대응하는 제2 채널은 대략 5 마이크로미터(㎛) 미만의 분리 폭과 연관될 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 스페이서 상에 배치된 제2 미러를 포함할 수 있다.
일부 가능한 구현 예에 따라, 디바이스는 기판 상에 배치된 필터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 기판은 센서 소자 어레이에 접합되는 유리 기판 또는 상기 센서 소자 어레이를 포함하는 실리콘 기판일 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 기판 상에 배치된 제1 미러를 포함할 수 있다. 상기 필터 어레이는 복수의 스페이서 층을 포함할 수 있다. 상기 복수의 스페이서 층 중 제1 스페이서 층은 상기 제1 미러 상에 배치될 수 있고 상기 센서 소자 어레이의 센서 소자의 세트를 덮을 수 있다. 상기 복수의 스페이서 층 중 제2 스페이서 층은 상기 제1 스페이서 층 상에 배치될 수 있고 상기 센서 소자 세트의 서브세트를 덮을 수 있다. 상기 복수의 스페이서 층 중 제3 스페이서 층은 상기 제2 스페이서 층 상에 배치될 수 있고 상기 센서 소자의 서브세트의 서브세트를 덮을 수 있다. 상기 센서 소자의 세트의 각 센서 소자는 대략 1 마이크로미터(㎛) 미만의 간격과 연관될 수 있다. 상기 필터 어레이는 상기 복수의 스페이서 층 상에 배치된 제2 미러를 포함할 수 있다. 상기 제2 미러는 상기 센서 소자의 세트와 정렬될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 설명된 바와 같이 유전체 기반 광학 필터 코팅의 일 예를 나타낸 다이어그램이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 바와 같이 유도된 투과 필터(induced transmission filter: ITF)에 기초한 광학 필터 코팅의 일 예를 나타낸 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 바와 같이 예시적인 구현 예의 개략 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 명세서에 설명된 바와 같이 광학 필터 코팅의 예시적인 구현 예을 나타낸 다이어그램이다;
도 5a 내지 도 5e는 본 명세서에 설명된 바와 같이 깊이 감지 시스템용 광학 필터 코팅의 예시적인 구현 예를 나타낸 다이어그램이다.
예시적인 구현 예의 이하 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다. 상이한 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낼 수 있다.
센서 소자 어레이와 같은 광학 디바이스에서, 센서 소자는 특정 거리만큼 이격될 수 있다. 센서 소자는 대략 50 마이크로미터(㎛) 내지 200 마이크로미터의 크기와 연관될 수 있다. 한 쌍의 센서 소자들 사이의 간격은 대략 20㎛보다 클 수 있다. 그러나, 단일 광학 디바이스에 포함된 센서 소자의 양이 증가하거나 및/또는 광학 디바이스용 패키지 크기가 감소할 때, 대략 20㎛ 미만의 간격, 대략 10㎛ 미만의 간격, 대략 1㎛ 미만의 간격 등으로 센서 소자의 센서 소자 어레이를 제조하는 것이 유리할 수 있다. 본 명세서에 설명된 구현 예는, 대략 20㎛ 미만, 대략 10㎛ 미만, 대략 1㎛ 미만 등과 같은 임계 값 미만의 간격으로 센서 소자의 센서 소자 어레이를 구현하는 광학 필터를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 설명된 바와 같이 유전체 기반 광학 필터 코팅의 일 예(100)의 다이어그램이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 예(100)는 기판(110), 광다이오드(120), 포토레지스트 층(130), 필터 코팅 층(140) 및 전이 영역(150)을 포함한다.
도 1a와 관련하여, 유전체 기반 광학 필터 코팅은 리프트-오프 공정(lift-off process)을 사용하여 능동 소자 웨이퍼일 수 있는 기판(110) 상에 제조된다. 리프트-오프 공정은 화학적 에칭, 물리적 에칭 등이 어려운 것에 기초하여 선택될 수 있다. 포토레지스트 층(130)은 필터 코팅 층(140)이 증착되지 않는 기판(110)의 구역 상에 배치된다. 예를 들어, 필터 코팅 층(140)이 광다이오드(120) 또는 다른 유형의 센서 소자를 덮도록 증착되도록 의도된 것에 기초하여, 포토레지스트 층(130)은 광다이오드(120)와 정렬되지 않은 기판(110) 부분 상에 배치된다. 필터 코팅 층(140)을 포토레지스트 층(130), 및 광다이오드(120)와 정렬된 기판(110)의 노출된 부분 상에 증착한 후, 리프트-오프 공정이 포토레지스트 층(130)을 제거하도록 수행되어 광다이오드(120)와 정렬된 기판(110) 부분에 필터 코팅 층(140)이 남아있게 한다. 그러나, 리프트-오프 공정에 의해, 필터 코팅 층(140)에서 물리적 두께가 감소하는 테이퍼지는 에지와 연관된 전이 영역(150)이 초래된다. 전이 영역(150)은 필터 코팅 층(140)의 두께의 대략 2 배 내지 3 배의 폭과 연관될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 상면도(160-1)와 측면도(160-2)에서, 한 세트의 광다이오드(120-1 및 120-2)가 기판(110) 내에 위치되고, 한 세트의 필터 코팅 층(140-1 및 140-2)에 의해 덮일 수 있는데, 이때 필터 코팅 층(140-1)이 필터 코팅 층(140-2)과 중첩될 수 있다. 중첩하는 필터 코팅 층(140)들은 개별 필터 코팅 층(140)들에 대해 광다이오드(120-1)와 광다이오드(120-2) 사이의 간격을 감소시킨다. 이 경우 필터 코팅 층(140)은 두께(172), 광다이오드 영역(174)(예를 들어, 대응하는 광다이오드(120)와 정렬된 영역), 및 기능 영역(176)(예를 들어, 특정 필터 코팅 층(140)의 테이퍼진 에지들 사이에 배치된 영역)과 연관된다. 광다이오드(120)는 분리 폭(178)(예를 들어, 광다이오드(120)들 사이의 간격)과 연관될 수 있다. 분리 폭(178)은 두께(172)의 3 배보다 클 수 있다. 이 경우, 두께(172)는 대략 5 마이크로미터(㎛)보다 커서, 분리 폭(178)은 대략 15㎛보다 크다. 그러나 광다이오드들 사이의 분리 폭을 15㎛ 미만, 10㎛ 미만, 5㎛ 미만, 1㎛ 미만 등으로 달성하는 것이 유리할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1a 및 도 1b는 단지 예시로서 제공된다. 다른 예도 가능하고 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 2는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 유도된 투과 필터(ITF)에 기초한 광학 필터 코팅의 예(200)의 다이어그램이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예(200)는 기판(210), 광다이오드(220), 포토레지스트 층(230), 금속 층(240')을 포함하는 필터 코팅 층(240), 및 전이 영역(250)을 포함한다.
도 2와 관련하여, 금속 층(240')은 은(silver)(Ag) 층, 알루미늄(Al) 층 등을 포함할 수 있다. 금속 층(240')은 노출된 금속 층(240')이 부식될 가능성을 감소시키는 필터 코팅 층(240)의 유전체 부분으로 캡슐화될 수 있다. 이 경우, 보호 캡슐을 제공하도록 필터 코팅 층(240)을 제조하기 위해, 필터 코팅 층(240)의 테이퍼진 에지는 대략 5도 미만과 같은 임계 내각(threshold internal angle)(260)보다 작도록 제조된다. ITF 기반 광학 필터 코팅은 두께가 대략 1000 나노미터(㎚) 미만, 예를 들어, 대략 500㎚일 수 있지만, 임계 내각(260)이 대략 5도 미만인 것에 기초하여, 전이 영역(250)은 대략 10㎛ 내지 20㎛일 수 있고 이는 대략 10㎛ 내지 20㎛의 광다이오드(220)들 사이의 간격에 대응할 수 있다. 이것은, 대략 2㎛ 내지 50㎛의 크기이고 대략 0.5㎛ 내지 10㎛의 간격과 연관되는, 광다이오드(220)와 같은 센서 소자를 포함하는 센서 소자 어레이에 유리한 것보다 더 클 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 2는 단지 예시로서 제공된다. 다른 예도 가능하고 도 2와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 3은 예시적인 구현 예(300)의 개략도이다. 예시적인 구현 예(300)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 단일 공동(cavity)의 패브리-페롯(Fabry-Perot) 필터 기반 광학 필터 코팅을 도시하며, 이는 센서 소자 어레이의 센서 소자에 대해 임계값 미만의 간격으로, 예를 들어, 대략 10㎛ 미만, 대략 5㎛ 미만, 대략 1㎛ 미만 등의 간격으로 연관될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 구현 예(300)는 기판(310), 광다이오드 세트(320), 제1 미러 층(330), 스페이서 층 세트(340), 제2 미러 층(350)을 포함한다. 광다이오드(320)는 분리 폭(360)의 간격과 연관된다.
일부 구현 예에서, 기판(310)은 대략 50 밀리미터(mm) 내지 500 밀리미터의 웨이퍼 폭, 예를 들어, 대략 100 밀리미터 폭, 대략 150 밀리미터 폭, 대략 200 밀리미터 폭, 대략 300 밀리미터 폭, 대략 450 밀리미터 폭 등과 연관될 수 있다. 일부 구현 예에서, 기판(310)은 대략 50㎛ 내지 1.0㎜의 두께와 연관될 수 있다. 일부 구현 예에서, 기판(310)이 후방 조명된 광다이오드(320)와 연관될 때, 기판(310)은 대략 5㎛ 내지 70㎛의 두께, 대략 25㎛ 내지 50㎛의 두께 등과 연관될 수 있으며, 이 기판은, 예를 들어, 다른 두께의 캐리어 웨이퍼에 일시적으로 접합될 수 있다.
일부 구현 예에서, 광다이오드(320)는 대략 1㎛ 내지 20㎛의 폭과 연관될 수 있다. 일부 구현 예에서, 제1 미러 층(330) 또는 제2 미러 층(350)과 같은 미러는 대략 20 나노미터(nm) 내지 80 나노미터의 두께와 연관될 수 있다. 일부 구현 예에서, 스페이서 층(340)은 대략 15㎚ 내지 300㎚의 두께와 연관될 수 있다.
도 3과 관련하여, 제1 미러 층(330)과 제2 미러 층(350)은 한 세트의 스페이서 층(340)을 이들 사이에 배치한다. 스페이서 층(340)은 물리적 증기 증착 절차, 화학 증기 증착 절차 등을 사용하여 증착되어 이에 의해 형성된 스페이서 층(340)과 채널 세트의 두께를 가변시킬 수 있다. 스페이서 층 세트(340)의 가변 두께에 기초하여, 각 광다이오드(320) 또는 다른 유형의 센서 소자는 대응하는 가변 중심 파장의 광에 노출된다. 이러한 방식으로, 분리 폭(360)이 임계 값 미만, 예를 들어, 10㎛ 미만, 5㎛ 미만, 1㎛ 미만, 500㎚ 미만 등일 수 있는 광학 필터 코팅이 제조될 수 있다. 일부 구현 예에서, 분리 폭(360)은 대략 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 일부 구현 예에서, 분리 폭(360)은 대략 150㎚일 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 3은 단지 예시로서 제공된다. 다른 예도 가능하고 도 3과 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 명세서에 설명된 바와 같이 단일 공동의 패브리-페롯 필터 기반 광학 필터 코팅의 예시적인 구현 예(400/400'/400'')의 다이어그램이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 예시적인 구현 예(400)는 기판(410), 광다이오드 세트(420-1 내지 420-4), 제1 미러 층(430), 스페이서 층 세트(440-1 내지 440-4) 및 제2 미러 층(450)을 포함한다.
도 4a와 관련하여, 제1 미러 층(430)과 제2 미러 층(450)은 실리콘 이산화물(SiO2) 층과 수소화된 실리콘(Si:H 또는 Si_H) 층을 사용하는 1/4파장 스택(quarterwave stack)일 수 있다. 다른 예에서, 1/4 스택은 다른 고 굴절률 재료(예를 들어, 오산화니오븀(Nb2O5), 오산화탄탈륨(Ta2O5), 이산화티타늄(TiO2), 이산화하프늄(HfO2), 이들의 조합, 등), 다른 저 굴절률 재료(예를 들어, 불화 마그네슘(MgF2) 등) 등과 같은 다른 재료 세트를 사용할 수 있다. 일부 구현 예에서, 비-불화물 기반 재료는 증착의 어려움을 감소시키는 것으로 선호될 수 있다. 일부 구현 예에서, 상대적으로 더 높은 유효 지수와 연관된 재료는 각도-시프트(angle-shift)를 감소시키고, 차단재(blocker) 또는 미러의 층의 양 등을 감소시키기 위해 선호될 수 있다. 스페이서 층(440)은 하나 이상의 수소화된 실리콘 층을 사용하여 제조된 스페이서일 수 있다. 다른 예에서, 스페이서 층(440)은 Nb2O5, Ta2O5, TiO2, HfO2, 다른 유형의 산화물, 또는 이들의 조합 등과 같은 다른 재료를 포함할 수 있다. 제1 미러 층(430) 및/또는 제2 미러 층(450)은 광다이오드(420)와 같은 센서 소자와 정렬하여 배치될 수 있다.
또 다른 예에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 1/4파장 스택 대신 반투명 금속 미러가 사용될 수 있다. 예를 들어, 은(Ag) 층을 포함하는 금속 미러가 자외선(UV)-A 스펙트럼 범위, 가시광 스펙트럼 범위, 근적외선 스펙트럼 범위(infrared spectral range: NIR) 등에 사용될 수 있다. 유사하게, 알루미늄(Al) 층을 포함하는 금속 미러가 UV 스펙트럼 범위 등(약 200㎚ 내지 400㎚ 범위)에 사용될 수 있다.
일부 구현 예에서, 제1 미러 층(430)은 제1 미러 층(430)의 표면 상에 배치된 차단재 층, 제1 미러 층(430)의 표면 상에 배치된 보호 층 등을 포함할 수 있다. 각 스페이서 층(440)은 대응하는 광다이오드(420) 또는 다른 유형의 센서 소자에 전달되는 광의 특정 중심 파장에 대응하는 특정 두께와 연관된다. 예를 들어, 표(460)에 도시된 바와 같이, 스페이서 층(440-1)은 대략 96.6㎚의 두께와 연관될 수 있고, 스페이서 층(440-2)은 대략 115.3㎚의 두께와 연관될 수 있고, 스페이서 층(440-3)은 대략 131.5㎚의 두께와 연관될 수 있고, 스페이서 층(440-4)은 대략 147.6㎚의 두께와 연관될 수 있다. 이 경우, 각 스페이서 층(440)은, 각 스페이서 층(440)에 대한 패터닝 단계와 코팅 단계의 세트를 사용하여 제 1 미러 층(430) 상에 증착될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 미러 층(450)은 제1 미러 층(430)과 스페이서 층(440)의 노출된 부분 위에 증착되어서, 제1 미러 층(430)으로 스페이서 층(440)을 캡슐화할 수 있다. 이러한 방식으로, 광다이오드(220)들 또는 다른 센서 소자들 사이에 대략 600㎚ 내지 10㎛, 대략 600㎚ 미만 등의 간격이 달성될 수 있다.
일부 구현 예에서, 스페이서 층(440)은 물리적 증기 증착(PVD) 절차를 사용하여 증착될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 구현 예의 스페이서 층(440) 및/또는 다른 부분은 마그네트론 스퍼터링 절차, 전자빔 및 열 증발 절차, 및/또는 이와 유사한 것을 사용하여 제조될 수 있다. 일부 구현 예에서, 스페이서 층(440)은 화학적 증기 증착(CVD) 절차를 사용하여 증착될 수 있다. 일부 구현 예에서, 스페이서 층(440)의 두께는 UV 스펙트럼 범위(예를 들어, 대략 200㎚ 내지 400㎚), 가시광 스펙트럼 범위(예를 들어, 대략 400㎚ 내지 대략 700㎚), NIR 스펙트럼 범위(예를 들어, 대략 700㎚ 내지 2000㎚), 중간-파장 IR(mid-wavelength IR: MWIR) 스펙트럼 범위(예를 들어, 대략 2㎛ 내지 6㎛), 낮은-파장 IR(low-wavelength IR: LWIR) 스펙트럼 범위(예를 들어, 대략 6㎛ 내지 14㎛) 등과 같은 특정 스펙트럼 범위의 광을 달성하도록 선택될 수 있다. 층의 두께는 원하는 스펙트럼 범위와 관련될 수 있다. 예를 들어, 대략 2㎛ 내지 6㎛ 또는 대략 6㎛ 내지 14㎛의 스펙트럼 범위에 대해, 미러 층(430 또는 450)의 두께는 대략 20㎚ 내지 400㎚일 수 있고, 스페이서 층(440)은 대략 15㎚ 내지 1500㎚ 등일 수 있다. 일부 구현 예에서, 스페이서 층(440)은 실리콘-기반 검출기, 인듐 갈륨 비소(InGaAs)-기반 검출기 등을 제조하기 위해 증착될 수 있다. 일부 구현 예에서, 스페이서 층(440)은 초분광 이미징 센서(hyperspectral imaging sensor)용으로 증착될 수 있다. 일부 구현 예에서, 스페이서 층(440)은 후방-조명 센서 또는 전방-조명 센서를 위해 증착될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 유사한 예시적인 구현 예(400')는 기판(410), 광다이오드 세트(420-1 내지 420-4), 제1 미러 층(430), 스페이서 층 세트(440-1 내지 440-4) 및 제2 미러 층(450)을 포함한다.
도 4b와 관련하여, 스페이서 층(440-1)은 제1 미러 층(430)과 각 광다이오드(420)를 모두 덮도록 증착되고, 각 다른 스페이서 층(440)은 스페이서 층(440-1) 상에 증착된다. 이러한 방식으로, 예시적인 구현 예(400')는 예시적인 구현 예(400)의 스페이서 층(440)을 증착하는데 수행되는 패터닝 단계와 코팅 단계에 비해 스페이서 층(440)을 증착하는데 수행되는 패터닝 단계와 코팅 단계의 양을 감소시키는 것과 연관된다. 일부 구현 예에서, 미러 층(430)과 같은 미러 층이 금속 미러 층(예를 들어, 은 기반 물질)일 때, 스페이서 층(440-1)과 같은 스페이서 층은 금속 미러 층의 보호 코팅을 제공할 수 있다. 다른 구현 예에서, 각 스페이서 층(440-2 내지 440-4)은 제1 미러 층(430) 상에 패터닝되고 코팅될 수 있고, 스페이서 층(440-1)은, 제2 미러 층(450)을 증착하기 전에, 제1 미러 층(430)의 노출된 부분과 각 스페이서 층(440-2 내지 440-4) 상에 증착될 수 있다. 다시 말해, 제1 스페이서 층(440-1)의 전체 표면은 제1 미러 층(430)에 인접하지 않고 제2 미러 층(450)의 표면에 인접하여 배치된다. 표 (460')에 도시된 바와 같이, 스페이서 층(440-2 내지 440-4) 각각은 스페이서 층(440-1)의 두께(예를 들어, 대략 96.6㎚)에 추가한 특정 두께와 연관된다. 예를 들어, 스페이서 층(440-2)은 대략 18.7㎚의 추가적인 두께와 연관되고, 스페이서 층(440-3)은 대략 34.9㎚의 추가적인 두께와 연관되며, 스페이서 층(440-4)은 대략 51㎚의 추가적인 두께와 연관된다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 유사한 예시적인 구현 예(400")는 기판(410), 광다이오드 세트(420-1 내지 420-4), 제1 미러 층(430), 스페이서 층 세트(440-1 내지 440-4) 및 제2 미러 층(450)을 포함한다.
도 4c와 관련하여, 스페이서 층(440-1)은 제1 미러 층(430) 상에 증착되고, 각 광다이오드(420-1 내지 420-4)를 덮는다. 유사하게, 스페이서 층(440-2)은 스페이서 층(440-1)의 일부 상에 증착되고, 각 광다이오드(420-2 내지 420-4)를 덮는다. 유사하게, 스페이서 층(440-3)은 스페이서 층(440-2)의 일부 상에 증착되고, 광다이오드(420)의 서브세트(예를 들어, 광다이오드(420-3 내지 420-4) 각각)를 덮는다. 유사하게, 스페이서 층(440-4)은 스페이서 층(440-3)의 일부 상에 증착되고 광다이오드(420-4)를 덮는다. 이런 방식으로, 예시적인 구현 예(400'')는 예시적인 구현 예(400)에서 스페이서 층(440)을 증착하는데 수행되는 패터닝 단계와 코팅 단계의 양을 감소시킨다. 표(460")에 도시된 바와 같이, 각 스페이서 층(440-2 내지 440-4)은 이전의 스페이서 층(440)의 두께에 추가한 두께와 연관된다. 예를 들어, 스페이서 층(440-2)은 스페이서 층(440-1) 상에 증착된 대략 18.7㎚의 추가적인 두께와 연관되고(예를 들어, 대략 96.6㎚의 두께와 연관되고), 스페이서 층(440-3)은 스페이서 층(440-2) 상에 증착된 대략 16.2㎚의 추가적인 두께와 연관되며, 스페이서 층(440-4)은 스페이서 층(440-3) 상에 증착된 대략 16.1㎚의 추가적인 두께와 연관된다. 이러한 방식으로, 광다이오드(220)들 또는 다른 센서 소자들 사이에서 대략 150㎚ 내지 2㎛, 대략 150㎚ 미만 등의 간격이 달성될 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 차트(470)는 예시적인 구현 예(400/ 400'/400")의 채널들에 관한 광학 특성들의 세트를 나타낸다. 예를 들어, 스페이서 층(440-1) 및 광다이오드(420-1)와 연관된 제1 채널에 대해, 스페이서 층(440-1)의 두께는 대략 795㎚의 중심 파장을 초래한다. 유사하게, 스페이서 층(440-2) 및 광다이오드(420-2)와 연관된 제2 채널에 대해, 스페이서 층(440-2)의 두께는 대략 870㎚의 중심 파장을 초래한다. 유사하게, 스페이서 층(440-3) 및 광다이오드(420-3)와 연관된 제3 채널에 대해, 스페이서 층(440-3)의 두께는 대략 935㎚의 중심 파장을 초래한다. 유사하게, 스페이서 층(440-4) 및 광다이오드(420-4)와 연관된 제4 채널에 대해, 스페이서 층(440-4)의 두께는 대략 1000㎚의 중심 파장을 초래한다. 본 명세서에서는 중심 파장의 특정 세트에 관하여 설명되었지만, 다른 중심 파장도 가능하고 도 4d와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 차트(480)는 예시적인 구현 예(400/400'/400")와 관련된 물리적 특성들의 세트를 나타낸다. 예를 들어, 미러 층(430) 또는 미러 층(450)과 같은 미러는 대략 40㎚ 내지 500㎚의 두께와 연관될 수 있다. 유사하게, 스페이서 층(440-4)과 같은 스페이서 층은 대략 147.61㎚의 두께와 연관될 수 있다. 일부 구현 예에서, 미러 층(430) 또는 미러 층(450)과 같은 미러 층은 다중 층과 연관될 수 있다. 예를 들어, 미러 층은 Si:H 층, SiO2 층 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 4a 내지 도 4e는 단지 예시로서 제공되었다. 다른 예도 가능하고 도 4a 내지 도 4e와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 명세서에 설명된 바와 같이 깊이 감지 시스템용 광학 필터 코팅의 예시적인 구현 예(500)의 다이어그램이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 예시적인 구현 예(500)는 기판(510)(예를 들어, 질화규소(S3N4) 또는 다른 예로서 SiO2 또는 Si), 산화 아연(ZnO) 층(520-1 내지 520-4) 세트, 은(Ag) 층(530-1 내지 530-2) 세트, 니오븀 산화티탄(NbTiOx) 층(540-1 내지 540-3) 세트, 및 실리콘 이산화물(SiO2) 층(550-1 내지 550-2) 세트를 포함한다. 일부 구현 예에서, 예시적인 구현 예(500)의 광학 필터 코팅은 패브리-페롯(Fabry-Perot) 광학 필터일 수 있다. 일부 구현 예에서, 다른 예는 센서 디바이스에 접합된 투명 기판(510)을 포함할 수 있다.
도 5a와 관련하여, ZnO 층(520)들은 각각 대략 1.5㎚의 두께와 연관될 수 있다. NbTiOx(540-1)에 의해 형성된 스페이서 층 세트를 캡슐화하는 반투명 금속 미러들의 세트인 Ag 층(530)은 대략 40㎚의 두께와 연관된다. NbTiOx(540-1)는 도 4a 내지 도 4c의 스페이서(440)에 대응할 수 있고, 이는 원하는 스페이서 두께에 대응하는 NbTiOx(540-1)에 대해 상이한 두께를 초래한다. 표(560)에 도시된 바와 같이, NbTiOx(540-1)는 이미지 감지를 위한 가시광(예를 들어, 적색/녹색/청색(RGB) 광) 검출을 위한 3개의 채널 세트, 및 깊이 감지(예를 들어, 3-차원 깊이 감지)를 위한 제4 채널(예를 들어, IR 및 청색 광)을 형성할 수 있다. 집합적으로, 4개의 채널은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 스페이서(440-1 내지 440-4)에 대응할 수 있다. 청색 가시광 검출을 위한 제1 채널은 대략 44.8㎚의 전체 두께와 연관될 수 있고, 녹색 가시광 검출을 위한 제2 채널은 대략 60.5㎚의 전체 두께와 연관될 수 있으며, 적색 가시광 검출을 위한 제3 채널은 대략 82.9㎚의 총 두께와 연관될 수 있고, IR 및 청색 광 검출(즉, 깊이 감지)을 위한 제4 채널은 대략 134.5㎚의 총 두께와 연관될 수 있다. 일부 구현 예에서, NbTiOx(540-1) 층은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같은 형태로 증착될 수 있다. 예를 들어, 각 채널은 개별 필터 층 스택일 수 있고, 각 채널은 공통 제1 필터 층을 공유할 수 있고, 각 채널은 이전에 증착된 필터 층의 일부 등에 증착될 수 있다. 이 경우, 도 4b 및 도 4c에서와 같이, 각 채널에 공통인 적어도 하나의 층을 증착하면, 보호 층을 제공하는 것에 의해 Ag 층(530)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 5a와 더 관련하여, NbTiOx 층(540-2)은 대략 50㎚의 두께와 연관될 수 있고, SiO2 층(550-1)은 대략 18㎚의 두께와 연관될 수 있고, NbTiOx 층(540-3)은 대략 16㎚의 두께와 연관될 수 있으며, SiO2 층(550-2)은 대략 101㎚의 두께와 연관될 수 있다. 층(540-2, 550-1, 540-3 및 550-2)들은 집합적으로 기판(510)에 내장되거나 기판(510) 상에 배치된 센서 소자를 위한 반사 방지 코팅을 형성할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 차트(570)는 예시적인 구현 예(500)의 채널에 관한 광학 특성들의 세트를 나타낸다. 예를 들어, 적색 가시광 감지와 연관된 제1 채널은 대략 620㎚의 중심 파장과 연관된다. 유사하게, 녹색 가시광 감지와 연관된 제2 채널은 대략 520㎚의 중심 파장과 연관된다. 유사하게, 청색 가시광 감지와 연관된 제3 채널은 대략 450㎚의 중심 파장과 연관된다. 유사하게, 깊이 감지(예를 들어, 청색 광 및 IR 광 감지)와 연관된 제4 채널은 대략 450㎚(청색 광) 및 850㎚(IR 광)의 중심 파장과 연관된다. 본 명세서에서는 중심 파장의 특정 세트에 관하여 설명되었지만, 다른 중심 파장도 가능하고 도 5b와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 다이어그램(580)은 예시적인 구현(500)과 관련된 센서 소자들의 센서 소자 어레이를 나타낸다. 예를 들어, 센서 소자 어레이(예를 들어, CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 기술, CCD(charge-coupled device) 기술 등)는 제1 채널 세트(예를 들어, R로 식별되는 적색 광 채널), 제2 채널 세트(예를 들어, G로 식별되는 녹색 광 채널), 제3 채널 세트(예를 들어, B와 같이 식별되는 청색 광 채널) 및 제4 채널 세트(예를 들어, IR/B로 식별되는 IR 및 청색 광 채널)를 포함한다. 이 경우, 센서 소자 어레이용 스페이서 층은 도 4c와 관련하여 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 이전의 스페이서 층의 일부 상에 각 스페이서 층을 증착함으로써 제조된다. 그 결과, IR/B 채널은 다른 채널에 비해 대략 51.6㎚의 가장 두꺼운 두께를 갖는다. 이 두께에 기초하여, 센서 소자 어레이의 센서 소자의 간격은 대략 150㎚일 수 있다.
일부 구현 예에서, 센서 소자는 센서 소자의 다른 구성에 비해 향상된 양자 효율과 스펙트럼 응답 재현성을 제공하기 위해 후방 조명된 센서 소자일 수 있다. 일부 구현 예에서, 유전체 차단재는 대략 750㎚의 두께로 IR/B 채널에 적용되어 대략 2㎛의 간격을 초래할 수 있다. 본 명세서에서는 4개의 스펙트럼 채널 범위를 배열하는 특정 패턴에 관하여 설명되었지만, 다른 패턴 및/또는 다른 양의 채널도 가능할 수도 있다. 예를 들어, 다이어그램(580)은 64개의 채널을 갖는 센서 소자 어레이를 도시하지만, 본 명세서에서 설명된 구현 예는 임계값 미만, 예를 들어, 64개 이하의 채널(예를 들어, 64개의 채널, 63개의 채널, 62개의 채널, ..., 2개의 채널 등), 32개 이하의 채널, 16개 이하의 채널, 8개 이하의 채널, 4개 이하의 채널 등과 같은 다른 양의 채널이 사용될 수 있다. 다른 예에서, 다른 양의 센서 소자(즉, 픽셀)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 구현 예는 대략 1천만개의 픽셀(pixel) 내지 4천만개의 픽셀, 대략 25만개의 픽셀 내지 4 천만개의 픽셀 등의 픽셀 카운트에 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 명세서에 설명된 구현 예들은 대략 25만개를 초과하는 픽셀 카운트, 대략 1 백만개를 초과하는 픽셀 카운트, 대략 4 백만개를 초과하는 픽셀 카운트, 대략 2 천만개를 초과하는 픽셀 카운트 등의 픽셀 카운트에 이용될 수 있다.
도 5d와 관련하여, 다이어그램(590)과 다이어그램(590')은 센서 소자들의 각도 시프트에 관한 예시적인 광학 특성을 나타내기 위해 제공된다. 다이어그램(590 및 590')은 센서 소자의 각도 시프트를 보여준다. 예를 들어, 다이어그램(590)은 근적외선 필터(예를 들어, 대략 44.8㎚의 니오븀-티타늄-산화물(NbTiOx) 및 대략 42㎚ Si:H 스페이서)에 대해 혼합된 스페이서 구성을 사용하는 것과 연관될 수 있다. 다른 예에서, 혼합된 스페이서 구성은 하나 이상의 제1 층에 대한 다른 제1 재료(예를 들어, 다른 산화물) 및 하나 이상의 제2 층에 대한 또 다른 제2 재료를 포함할 수 있다. 다이어그램(590)은 도 5e 및 다이어그램(595)에 설명된 코팅 세트를 이용하는 광학 필터와 연관될 수 있다. 다이어그램(590')은 예시적인 구현(500)과 유사한 스페이서 구성을 사용하는 것과 연관될 수 있다. 다이어그램(590')은 도 5e 및 다이어그램(595')에 설명된 코팅 세트를 이용하는 광학 필터와 연관될 수 있다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 다이어그램(590)의 광학 필터, 및 다이어그램(590')의 광학 필터는 적색 채널, 녹색 채널 및 청색 채널에 대해서는 유사한 스택업(stackup)과 연관되지만, 근적외선(NIR) 채널에 대해서는 상이한 스택업과 연관된다. 예를 들어, 다이어그램(590)의 광학 필터는 본 명세서에 설명된 바와 같이 2차 피크를 차단하는 수소화된 실리콘 층과 연관된다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 근적외선(예를 들어, 대략 850㎚) 스펙트럼에서 0도의 입사각(angle of incidence: AOI)으로부터 30도의 AOI로 시프트하는 경우, 근적외선(NIR) 광을 수신하는 다이어그램(590)의 광학 필터와 연관된 센서 소자는 다이어그램(590')의 광학 필터와 연관된 센서 소자에 비해 감소된 각도 시프트와 향상된 투과율을 나타낸다. 유사하게, 청색 광 스펙트럼 범위(예를 들어, 대략 450㎚)에서 0도의 AOI로부터 30도의 AOI로 시프트하는 경우, 다이어그램(590)의 광학 필터를 사용하는 센서 소자는 다이어그램(590')의 광학 필터를 사용하는 센서 소자에 비해 감소된 각도 시프트와 개선된 투과율을 나타낸다. 또한, 도시된 바와 같이, 다이어그램(590)의 광학 필터를 사용하는 센서 소자에 대해 2차 피크를 억제하는데 차단재가 필요하지 않다.
전술한 바와 같이, 도 5a 내지 도 5e는 단지 예시로서 제공된다. 다른 예도 가능하고 도 5a 내지 도 5e와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
이러한 방식으로, 대략 10㎛ 미만, 5㎛, 1㎛, 500㎚, 200㎚, 150㎚ 등의 간격을 갖는 센서 소자 어레이용 광학 필터가 제조될 수 있다. 또한, 광학 필터는 다른 유형의 광학 필터에 비해 감소된 각도 시프트와 개선된 투과율과 연관될 수 있다.
전술한 개시는 예시와 설명을 제공하지만, 개시된 정확한 형태로 구현 예를 제한하거나 모든 구현 예를 제시하는 것은 아니다. 수정과 변형이 상기 개시 내용에 비추어 가능하거나 구현의 실행으로부터 획득될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 컴포넌트라는 용어는 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 폭넓게 해석되도록 의도된다.
일부 구현 예는 임계값과 관련하여 본 명세서에 설명된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 임계 값을 만족한다는 것은 값이 임계 값을 초과하거나, 임계 값을 넘거나, 임계 값보다 높거나, 임계 값 이상이거나, 임계 값 미만이거나, 임계 값보다 작거나, 임계 값보다 낮거나, 임계값 이하이거나, 임계값과 같은 것 등을 말할 수 있다.
본 명세서에 설명된 시스템 및/또는 방법은 상이한 형태의 하드웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음이 명백하다. 이러한 시스템 및/또는 방법을 구현하는 데 사용되는 실제 전문화된 제어 하드웨어 또는 소프트웨어 코드는 본 구현 예를 제한하지 않는다. 따라서, 시스템 및/또는 방법의 동작 및 거동은 특정 소프트웨어 코드를 참조하지 않고 본 명세서에 설명되었다 - 소프트웨어와 하드웨어는 본 명세서의 설명에 기초하여 시스템 및/또는 방법을 구현하도록 설계될 수 있는 것으로 이해된다.
특정 특징들의 조합이 청구 범위에 기재되고 및/또는 상세한 설명에 개시되었음에도 불구하고, 이들의 조합이 가능한 구현 예의 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 이들 특징 중 다수는 청구 범위에 구체적으로 언급되지 않거나 및/또는 상세한 설명에 개시되지 않은 방식으로 결합될 수 있다. 아래에 열거된 각 종속 청구항은 단 하나의 청구항에만 직접 의존할 수 있지만, 가능한 구현의 개시는 청구항 세트 내 모든 다른 청구항과 함께 각 종속 청구항을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 소자, 동작 또는 명령은, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 본질적이거나 필수적인 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 용어는 하나 이상의 항목을 포함하는 것으로 의도되며, "하나 이상"과 상호 교환가능하게 사용될 수 있다. 나아가, 본 명세서에 사용된 바와 같이, "세트"라는 용어는 하나 이상의 항목(예를 들어, 관련 항목, 비 관련 항목, 관련 항목과 비 관련 항목의 조합 등)을 포함하는 것으로 의도되고, "하나 이상"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 단 하나의 항목만이 의도된 경우 "하나" 또는 이와 유사한 언어가 사용된다. 또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, "가지고 있다", "가지다", "가지는" 등의 용어는 개방형 용어로 의도된다. 또한, "~에 기초하여"라는 어구는, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "적어도 부분적으로 기초하여"를 의미하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 디바이스로서,
    기판 상에 배치된 필터 어레이를 포함하되,
    상기 기판은 센서 소자 어레이에 접합된 유리 기판이거나 또는 상기 센서 소자 어레이를 포함하는 실리콘 기판이고;
    상기 필터 어레이는,
    상기 기판 상에 배치된 제1 미러,
    복수의 스페이서 층; 및
    상기 복수의 스페이서 층 상에 배치된 제2 미러를 포함하고,
    상기 복수의 스페이서 층은,
    상기 복수의 스페이서 층 중, 제1 미러 상에 배치되고 상기 센서 소자 어레이의 센서 소자 세트를 덮는 제1 스페이서 층,
    상기 복수의 스페이서 층 중, 상기 제1 스페이서 층 상에 배치되고 상기 센서 소자 세트의 서브세트를 덮는 제2 스페이서 층, 및
    상기 복수의 스페이서 층 중, 상기 제2 스페이서 층 상에 배치되고 상기 센서 소자의 서브세트의 서브세트를 덮는 제3 스페이서 층을 포함하고,
    상기 센서 소자 세트의 각 센서 소자는 대략 1 마이크로미터(㎛) 미만의 간격과 연관되고,
    상기 제2 미러는 상기 센서 소자 세트와 정렬되는, 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 소자의 세트는,
    CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 기술, 또는
    CCD(charged-coupled device) 기술을 포함하는, 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서 층 중 제4 스페이서 층은, 상기 제3 스페이서 층 상에 배치되고 상기 센서 소자의 서브세트의 서브세트의 서브세트를 덮는, 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디바이스는 적색-녹색-청색-적외선(RGB, IR/B) 깊이 감지 시스템이고,
    상기 RGB, IR/B 깊이 감지 시스템은, 상기 복수의 스페이서 층에 의해 형성된, 적색 채널 세트, 녹색 채널 세트, 청색 채널 세트, 및 적외선 채널 세트를 포함하는, 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적외선 채널 세트는 혼합된 스페이서 구성과 연관되고,
    상기 혼합된 스페이서 구성은 하나 이상의 니오븀-티타늄-산화물(NbTiOx) 기반 층과 하나 이상의 수소화된 실리콘(Si:H) 기반 층을 포함하는, 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 센서 소자 세트는, 광다이오드들의 세트를 포함하는, 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 스페이서 층은 상기 센서 소자 세트의 절반 초과를 덮는, 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제3 스페이서 층은 상기 센서 소자 세트의 절반을 덮는, 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 스페이서 층의 두께는 상기 제1 스페이서 층의 두께보다 더 큰, 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제3 스페이서 층의 두께는 상기 제2 스페이서 층의 두께보다 더 큰, 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 센서 소자 세트는 제1 센서 소자 및 제2 센서 소자를 포함하고,
    상기 제1 센서 소자와 상기 제2 센서 소자 사이의 거리는 대략 150 나노미터(nm)와 2 마이크로미터(㎛) 사이인, 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러 중 하나 이상은 대략 40 나노미터(nm)와 500 나노미터(nm) 사이의 두께와 연관되는 것인, 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러 중 하나 이상은 다중 미러 층을 포함하는, 디바이스.
  14. 필터 어레이로서,
    복수의 센서 소자를 포함하는 기판 상에 배치된 미러 층;
    상기 미러 층 상에 배치되고 상기 복수의 센서 소자의 제1 양(quantity)의 센서 소자를 덮는 제1 스페이서 층; 및
    상기 제1 스페이서 층 상에 배치되고 상기 복수의 센서 소자의 제2 양의 센서 소자를 덮는 제2 스페이서 층을 포함하고,
    상기 제2 양의 센서 소자는 상기 제1 양의 센서 소자와 상이한, 필터 어레이.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 스페이서 층 위에 배치된 상이한 미러 층을 더 포함하는, 필터 어레이.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 미러 층 및 상기 상이한 미러 층은 상기 복수의 센서 소자 모두를 덮는, 필터 어레이.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제1 양의 센서 소자는 상기 복수의 센서 소자의 모두이고
    상기 제2 양의 센서 소자는, 상기 복수의 센서 소자의 절반 이상이고 상기 복수의 센서 소자의 모두보다 적은, 필터 어레이.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제2 스페이서 층 상에 배치되고 상기 복수의 센서 소자의 제3 양의 센서 소자를 덮는 제3 스페이서 층을 더 포함하고,
    상기 제3 양의 센서 소자는 상기 제1 양의 센서 소자 및 상기 제2 양의 센서 소자와 상이한, 필터 어레이.
  19. 디바이스로서,
    복수의 센서 소자를 덮는 제1 미러 층;
    상기 제1 미러 층 상에 증착되고 상기 복수의 센서 소자 모두를 덮는 제1 스페이서 층;
    상기 제1 스페이서 층의 일부 상에 증착되고 상기 복수의 센서 소자의 절반 이상을 덮는 제2 스페이서 층; 및
    상기 제2 스페이서 층 위에 배치된 제2 미러 층을 포함하는, 디바이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 스페이서 층의 일부 상에 증착되고 상기 복수의 센서 소자의 절반 이하를 덮는 제3 스페이서 층을 더 포함하고,
    상기 제3 스페이서 층은 상기 제2 스페이서 층과 상기 제2 미러 층 사이에 있는, 디바이스.
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