超光谱滤波器结构及制造方法
1.本美国实用新型专利申请依据35u.s.c.
§
119(e)要求4/30/2021提交的标题为“超光谱滤波器结构及制造(hyperspectral filter structure and manufacture)”的第63/182,237号美国临时申请的优先权，所述临时申请出于任何和所有目的以全文引用的方式并入本文中且成为本美国实用新型专利申请的一部分。
技术领域
2.本发明大体上涉及光谱学，且更具体地说涉及使用基于干涉的滤波器的光谱传感器。
背景技术：3.光谱装置已经被证明可在包含例如健康、生物计量、农业、化学和健身等各种行业中应用。一般来说，光谱装置通过检测和/或获取与多个波长范围相关的入射光并提取光谱信息来运作。例如法布里-珀罗(fabry-p
é
rot)滤波器等基于干涉的滤波器当结合光谱传感器使用时一直展示为能够提供受控的光波长。
4.如进一步知晓的，基于干涉的滤波器可通过提供额外制造步骤/过程而应用于例如cmos图像传感器等图像传感器。
附图说明
5.图1a提供根据本发明的实例光学传感器与滤波器覆叠的自上向下表示；
6.图1b提供根据本发明的实例光学传感器与滤波器覆叠的透视表示；
7.图2提供根据本发明的邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的横截面；
8.图3提供根据本发明的邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的实例横截面；
9.图4提供根据本发明的邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
10.图5提供根据本发明的邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的实例横截面；
11.图6提供根据本发明的邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
12.图7提供根据本发明的邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
13.图8a-8d提供根据本发明的实例横截面，其示出使用蚀刻终止层形成邻近干涉滤波器；
14.图9提供根据本发明的邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
15.图10提供根据本发明的邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面；
16.图11a-11c提供根据本发明的实例横截面，其示出使用蚀刻终止层与图案化蚀刻工艺组合形成干涉滤波器结构；
17.图12a-12i提供根据本发明的实例横截面，其示出使用终止层与图案化蚀刻工艺组合的多层干涉滤波器结构；以及
18.图13是根据本发明用于使用终止层与图案化蚀刻工艺组合制造多层干涉滤波器结构的方法的流程图。
具体实施方式
19.在各种实例中，图像传感器与干涉滤波器组合以提供例如超光谱图像传感器等光谱图像传感器。在其它实例中，可使用法布里-珀罗滤波器与例如cmos图像传感器等图像传感器集成来实施干涉滤波器，以提供小规模光谱图像传感器系统。在一实例中，干涉滤波器可使用图像cmos传感器上的制造后工艺添加，其中干涉滤波器包括提供不同折射率的交替层。在一些实例中，干涉滤波器可基于法布里-珀罗设计以提供大体上窄带滤波器响应，其中法布里-珀罗设计包含由腔层分隔的布拉格反射镜。
20.在某些实例中，光学滤波器可包括斥拒滤波器，用于移除所要和/或有效法布里-珀罗反射镜滤波器层范围外部的光波长。在其它实例中，光学滤波器可包括法布里-珀罗干涉仪，其被配置成需要多个沉积和光刻步骤的隔开的一对部分反射玻璃光学平板。在相关实例中，法布里-珀罗干涉仪的全部或一部分被配置成多对部分反射玻璃光学平板，其具有呈堆叠方式面向彼此的部分反射表面。在一实例中，包含干涉滤波器的光谱响应性能的干涉滤波器的性能取决于干涉滤波器层的各种性质，包含(但不限于)干涉滤波器层的厚度(包含厚度均匀性、层沉积的准确性和层沉积的精确度)、组成和密度。
21.图1a提供实例图像传感器与干涉滤波器覆叠的自上向下表示。在一实例中，通过在像素或光学传感器元件的群组(或集合)上提供适于不同波长的干涉滤波器，干涉滤波器可跨图像传感器图案化。在特定实例中，可以此方式提供“像素化传感器”，其中像素化传感器包含具备适于根据光波长的光谱使不同部分通过的滤波器的不同像素。在另一实例中，像素的集合与适于不同波长的干涉滤波器覆叠可在图像传感器的空间区域上重复。
22.在基于图1a的实例图像传感器中，图像传感器10的像素安置在集成电路上，其中干涉滤波器的多个集合制造在光学像素的顶部上。在图1a的特定实例中，九(9)个干涉滤波器20a-20i的多个集合布置成马赛克图案，其各自配置成使不同波长范围内的光通过。在一实例中，干涉滤波器的每一集合对准到至少一光学传感器元件(像素)集合，使得每一像素集合可在9个通道的情况下一起感测局部带通响应。在特定实例中，像素的集合和相关联滤波器马赛克可接着跨较大阵列重复，从而使光学传感器阵列能够提供跨光学传感器的不同区域在空间上分离的多个测得的光谱。如本文中所使用，个别光学传感器元件对应于像素(像素＝最小可寻址要素)，其中像素可例如为光电二极管。相应地，“光学传感器元件”、“光学像素”和“像素”可互换地使用。
23.图1b提供实例图像传感器与滤波器覆叠的透视表示，例如来自图1a的传感器10。在所述实例中，入射光130使用例如由滤波器22a-22e构成的滤波器马赛克等滤波器滤波，然后收集在像素层12处。在图1b的实例中，每一滤波器与单个像素相关联，使得由传感器10生成的图像可包含图像的局部光谱。在另一实例中，可更改图1b的一对一关系，使得单个像
素与一个以上滤波器相关联，或者，单个滤波器可与多个像素相关联。在另一实例中，例如由滤波器22a-22e构成的滤波器马赛克等滤波器马赛克可在像素层12的表面上不连续，从而实现针对小于像素层12的完整表面的光谱收集。
24.图2提供邻近光学滤波器覆叠图像传感器10的横截面。如所示出，光学滤波器24a、24b和24c的中心波长由上部和下部反射镜之间的腔厚度以第一次序确定。在一实例中，滤波器马赛克中的邻近滤波器基于像素层12的像素12a-12n提供传感器输出的6个通道。在另一实例中，滤波器马赛克可提供任何数目的通道，仅受制造要求和传感器灵敏度要求限制。
25.在一实例中，滤波器层可使用多种沉积技术沉积，包含(但不限于)气相沉积(例如化学气相沉积(cvd))、单层沉积、旋涂工艺(例如旋涂式玻璃)、e束沉积和溅镀工艺。实例溅镀工艺包含离子束溅镀、反应性溅镀、高靶材利用率溅镀、离子辅助沉积、高功率脉冲磁控溅镀和气流溅镀，而单层沉积技术包含分子束外延法(mbe)、朗缪尔-布洛杰特(langmuir-blodgett)方法、原子层沉积和分子层沉积。
26.可通过(例如)使用剥离工艺或蚀刻工艺选择性地移除整体或部分的滤波器层材料，其中从使用各种光刻工艺限定的区域移除滤波器。在一实例中，可在已沉积在衬底上的牺牲层(例如光致抗蚀剂)中提供反转图案。在一实例中，牺牲层可使用例如旋涂工艺施加于滤波器层或像素层的表面上。在一实例中，可通过穿过牺牲层中的开口蚀刻开口使得蚀刻剂(湿的化学物质、反应气体、加速离子等)可在将移除滤波器层材料的那些区中到达衬底的表面，来形成反转图案。在一实例中，滤波器层材料可沉积在包括多个完整像素阵列的整个晶片上方，其中感光成孔的开口允许蚀刻剂在将成为经蚀刻区的区域中到达衬底的表面，同时在所述表面先前未被蚀刻的区域中被牺牲层阻挡。在实施方案的一实例中，当使用蚀刻或溶剂移除工艺移除牺牲层时，牺牲层顶部上的滤波器层材料连同下方的牺牲层一起被剥离和移除。在替代实例中，在剥离工艺之后，滤波器层材料仅保留在其与衬底直接接触的区域中。在又一替代实例中，可单独或以组合方式使用例如反应性离子蚀刻(rie)、离子刻蚀、等离子蚀刻和湿式化学蚀刻等蚀刻工艺从以光刻方式限定的区域移除滤波器材料。
27.在一些实例中，可利用逐个制造的不同所需滤波器构建滤波器结构，其中滤波器材料沉积在整个衬底上，且接着从某些区域完全移除，其它滤波器最终沉积在那些区域中。图3提供邻近干涉滤波器24a-24c覆叠图像传感器10的像素层的实例横截面。在所述实例中，使用离散处理步骤制造滤波器24a-24c中的每一个以在多个穿通波长上建立所要滤波器结构，从而实现像素层12处的收集。
28.图4提供邻近干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面。在所述实例中，例如第1滤波器层等一个或多个滤波器层沉积在衬底上，其中滤波器材料(第1滤波器层34a和34b)对于保留在传感器10的衬底上的多个滤波器波长是共同的。在所述实例中，仅包括第1滤波器层34a-34c的滤波器材料的对于滤波器的子集并非共同的部分被移除。换句话说，当滤波器层的集合对于传感器上的若干滤波器为共同时不移除那些滤波器层，其中例如第2滤波器层36b和36c的滤波器层等其它滤波器层沉积在滤波器的不同区域上。在所述实例中，包括覆叠像素层12的滤波器的部分的滤波器材料包含对于滤波器阵列中的其它滤波器为共同的滤波器材料的第一部分，以及经限定和沉积以提供针对不同光学滤波器的所要滤波器响应的第二部分和/或第三部分(例如滤波器层38a)。
29.图5提供邻近法布里-珀罗干涉滤波器44a-44f覆叠图像传感器10的像素层12的实
例横截面。在所述实例中，包括例如位于图像传感器的像素层上方的部分反射玻璃光学平板的法布里-珀罗滤波器的底部部分连同腔层一起沉积。在一实例中，在传感器的一些区域上选择性地移除(例如，在二分工艺中)腔层以限定不同腔厚度。在一实例中，形成具有不同中心波长的不同法布里-珀罗滤波器类型，其中不同滤波器的底部部分在相同步骤中沉积和限定。
30.图6提供邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器的像素层的另一实例横截面。在实例中，实例反射镜层64中的第一部分直接覆叠图像传感器10的像素层12且对于多个不同法布里-珀罗滤波器44a-44d是共同的，而反射镜层64b对于法布里-珀罗滤波器44e和44f是共同的。在相关实例中，所述第一部分可适于斥拒所要和/或有效范围外部的光波长。在一实例中，对于所要滤波器马赛克的大部分或全部法布里-珀罗滤波器，例如来自下文的图7的反射镜层74等顶部反射镜层对于多个不同法布里-珀罗滤波器44a-44b也可为共同的。
31.图7提供邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器10的像素层12的另一实例横截面。在所述实例中，例如反射镜层84a或反射镜层84b等第一滤波器层对于多个不同法布里-珀罗干涉滤波器(例如，分别法布里-珀罗滤波器44a-44d或法布里-珀罗滤波器44a-44b)为共同的。在一实例中，第一滤波器层可适于斥拒所要和/或有效范围外部的光波长。在特定实例中，第一滤波器层可本身包括多个子层，例如部分反射材料层和适于提供蚀刻选择性的层。在实施方案的特定实例中，针对包含两个以上布拉格反射镜的法布里-珀罗设计，例如不同法布里-珀罗干涉滤波器的第1腔层94a和/或第2腔层94b等共同腔层可同时沉积和/或限定。在又一特定实例中，法布里-珀罗滤波器可包含腔层、反射镜层和蚀刻终止件(终止层)的各种组合，这些层被配置成使得共同层在干涉层的集合中的干涉滤波器之间共享，其中每一干涉滤波器与不同目标波长相关联。
32.图8a-8d提供示出使用蚀刻终止件(终止层)形成邻近干涉滤波器的实例横截面。如上文所论述，图像传感器上的光谱滤波器的光谱响应大体上由不同光谱滤波器层的厚度限定。在一实例中，例如上文所论述的各种蚀刻工艺的效率/效力可取决于经历蚀刻工艺的给定材料的化学性质。举例来说，一些蚀刻工艺产生各向同性蚀刻剖面，因为其在所有方向上大体上相等地侵蚀衬底。其它蚀刻工艺产生各向异性剖面的各种近似值，因为其在一个方向上选择性地(至少在某种程度上)蚀刻。在特定实例中，蚀刻工艺或蚀刻剂可适于在一些材料中有效地蚀刻，而其它材料对于所述蚀刻工艺或蚀刻剂实际上为惰性的。当蚀刻干涉滤波器层的集合时，大体上惰性材料可用于为蚀刻化学方法和工艺提供着陆层(蚀刻终止件)，从而促进将蚀刻工艺控制到合理可控/准确的深度。
33.在图8a的实例中，第1终止层154沉积在传感器10的像素层12上方，然后在第1终止层154上方沉积第1滤波器层152。在所述实例中，第1滤波器层152(及后续滤波器层)包括用于干涉滤波器的腔层，而终止层154可被视为另一滤波器层，因为其可以是完整滤波器的组件，但为了清楚起见，其未如此标记。如参考图7所论述，第1终止层154可包括适于反射性能的多个子层和/或适于阻挡各种蚀刻工艺的层。在另一实例中，第1滤波器层152可包括适于光学性能的多个子层，例如具有所要折射率的层，或所述子层可适于通过允许沉积和加工第1滤波器层152以在包括干涉层的集合的多个干涉滤波器中共享使用来增加制造效率，其中每一干涉滤波器与不同目标波长相关联。
34.在一实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止件可用作蚀刻工艺的组件，使得可实现所要层厚度准确性。在特定实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止层可用作干涉滤波器层，用作干涉滤波器层本身或用作包括干涉滤波器层的层中的一个。举例来说，干涉层的第一层可适于提供蚀刻终止件，使得蚀刻工艺在例如第1终止层154等终止层上终止。
35.在实施方案和操作的各个相关实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止层是光学滤波器设计的一部分。在其它实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止层利用另一蚀刻步骤移除。在一实例中，干涉滤波器材料(例如，法布里-珀罗滤波器堆叠中的干涉腔和/或反射镜)可包含氧化硅(sio
x
)、氧化钛(tio
x
)和氧化铌nb
x
oy中的至少一个。
36.在特定实例中，可通过在腔沉积的特定步骤处添加碳气体来控制在例如图8a中的第1滤波器层152等反射镜层之间形成腔层。在另一实例中，碳气体可用于为选择性湿式化学蚀刻提供选择性蚀刻终止层。在另一特定实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止层包括不同材料层的集合。在又一实例中，例如第1终止层154等终止层包括一个或多个牺牲层。在另一特定实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止层在包含不同蚀刻步骤的组合的工艺中利用。相关联蚀刻工艺中的蚀刻步骤可包含一个或多个基于时间的蚀刻、一个或多个选择性蚀刻或其组合。
37.在实施方案和操作的特定实例中，例如第1终止层154等一个或多个蚀刻终止层可以在干涉滤波器的集合中的空间上分离的位置中使用。在特定实例中，干涉滤波器层的腔层可使用例如第1终止层154等蚀刻终止层设置在滤波器堆叠的顶部上、底部上或中间。在另一实例中，例如第1终止层154等一个或多个蚀刻终止层包含在光谱滤波器的设计优化中。在又一特定实例中，例如第1终止层154等蚀刻终止层可使用蚀刻工艺移除且接着利用沉积步骤再涂覆。
38.再次参看图8a，第1终止层154和第1滤波器层152首先沉积在传感器10的像素层12上。图8b中，选择性地从传感器10的第一区域蚀刻(移除)第1滤波器层152，其中蚀刻工艺有效地在第1终止层154处终止。图8c中，第2蚀刻终止层、第2终止层172和第2滤波器层162沉积在其在上面残留的第1滤波器层152上以及其中已移除第2终止层172的第1滤波器层152上。图8d中，选择性地从传感器10的第2区域蚀刻(移除)第2滤波器层162，其中蚀刻工艺大体上在第2终止层172处终止。在与图8a-8d相关的实例中，例如第1终止层154和/或第2终止层172等终止层适于提供法布里-珀罗滤波器堆叠中的一个或多个部分反射反射镜。在另一实例中，蚀刻工艺可适于在适于将部分反射反射镜放置在滤波器元件的堆叠中的各个位置中的光刻工艺中移除例如第1滤波器层152或第2滤波器层162等反射镜层。
39.图9提供邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器10的像素层12的另一实例横截面。在所述实例中，共同滤波器层第1终止层154、第1滤波器层152和第2终止层172对于两个光学滤波器是共同的。在一实例中，接着使用一系列沉积和光刻工艺提供第2滤波器层162、第3滤波器层164和第3终止层192，所述光刻工艺例如来自本文包含的图式的各个实例中的任一个中论述的工艺。
40.图10提供邻近法布里-珀罗干涉滤波器覆叠图像传感器10的像素层12的另一实例横截面。在所述实例中，第2滤波器层194沉积在第2终止层176上方，且在使用第2终止层176的蚀刻工艺中从滤波器堆叠中的一个移除。在所述实例中，接着第3滤波器层186沉积在两个滤波器堆叠上方，从而为第2滤波器层194在上面残留的滤波器提供较大腔深度。在一实
例中，法布里-珀罗滤波器设计可适于使用此工艺或类似工艺增加腔深度。在一实例中，蚀刻工艺可大体上由终止层终止，使得可添加额外腔材料以在光学滤波器的集合中的一些光学滤波器上提供包括第一腔层和第二腔层的腔。
41.图11a-11c提供示出使用蚀刻终止件与图案化蚀刻工艺组合形成干涉滤波器结构的过程中的代表性步骤的实例横截面。图11a中，使用第1终止层202、第1滤波器层204和第2终止层206形成法布里-珀罗反射镜和腔。图11b中，第3滤波器层208接着经沉积，且使用有效地由第2终止层206终止的图案化蚀刻工艺从两个邻近光学滤波器中的一个选择性地蚀刻(移除)。图11c中，顶部滤波器反射镜210沉积在两个滤波器堆叠上方，从而为第3滤波器层208在上面残留的滤波器提供较大腔深度。在一实例中，可通过共享下部滤波器层来提供一对法布里-珀罗滤波器，且所述对法布里-珀罗滤波器通过使用例如第2终止层206等中间蚀刻终止件在顶部滤波器层处区分。
42.图12a-12i提供示出使用终止层与图案化蚀刻工艺组合的多层干涉滤波器结构的实例横截面。在图12a中，终止层302a沉积在传感器10的像素层12上，其中滤波器层304a接着直接沉积在终止层302a的顶部上。以此方式，滤波器层304a-304c分别夹在终止层302a-302d之间，其中滤波器层304d接着沉积在所得滤波器“夹层”上方。在一实例中，终止层302a-302d和/或滤波器层304a-304d中的每一个可按需要由多个子层构成，以提供所要蚀刻选择性、折射性能和反射率。在另一实例中，不同滤波器层304a-304d可配置有不同厚度和/或折射率，以供用作例如法布里-珀罗滤波器中的腔结构。
43.在实施方案的特定实例中，终止层302a-302d可提供各种光反射和/或光斥拒功能。在又一实例中，终止层302a-302d中的每一个的多个子层可包含不同反射层和/或适于针对蚀刻工艺的选择性的层。在实施方案的另一特定实例中，304a-304d中的每一个的子层可适于包括不同厚度和/或不同折射率的材料。在相关实例中，终止层302a-302d和滤波器层304a-304d的各个子层的折射率和反射率可在光谱传感器的设计中考虑以维持合乎需要的光学性能。在一实例中，自动化设计工具可用于提供有效的加工要求，同时适应并维持滤波性能。
44.图12b中，使用光刻工艺来使用终止层302d从传感器10的选定区域移除滤波器层304以保护其中移除了滤波器层304的区域。图12c中，接着通过(例如)使用适于针对滤波器层304c的选择性的选择性蚀刻工艺从相同区域移除终止层。在图12c中，使用另一光刻工艺从传感器10的选定区域移除滤波器304c。图12d到12i示出以类似方式选择性地移除终止层302c-302a以及滤波器层304b和304a。在特定实例中，滤波器层和终止层可适于取决于滤波器结构适应不同蚀刻工艺。举例来说，可使用混合方法，其中例如湿式化学蚀刻等各向同性蚀刻可用于蚀刻薄滤波器(腔)层，其中各向同性蚀刻特性将不明显地横向侵蚀到邻近滤波器元件中。在所述实例中，可针对较厚滤波器(腔)元件使用较为各向异性的蚀刻工艺，使得不同目标波长的滤波器的集合的形成可包含针对时间和材料的性能及经济性选择的多个蚀刻工艺。
45.虽然图12a-12i示出邻近滤波器从厚到薄的大体上线性进程，但在实践中，针对不同目标波长设计的滤波器之间的关系可更改使得具有接近的目标波长的滤波器可在滤波器的马赛克内空间上分离。举例来说，为了使各种化学效应、物理效应和/或针对不同目标波长的光学要求最小化，单个滤波器堆叠可被配置成邻近于具有大量的滤波器元件的滤波
器堆叠，仅受工艺和设计约束限制。
46.图13是用于使用终止层与图案化蚀刻工艺组合制造多层干涉滤波器结构的方法的流程图。方法通过在步骤100处在例如像素阵列等光学传感器上沉积终止层而开始。方法接着在步骤102处通过在终止层上方沉积滤波器层而继续。在步骤104处，当滤波器元件的堆叠不完整时，重复步骤100和102直至所要滤波器堆叠是完整的。当滤波器堆叠具有所要终止层和滤波器层时，方法接着在步骤106处通过使用光刻工艺在选定区域中掩蔽和蚀刻滤波器层而继续，其中终止层用于保护选定区域中的层。在步骤108处，工艺通过从选定区域蚀刻终止层而继续，且在步骤110处，当最终层尚未移除时，利用额外掩蔽和蚀刻工艺重复步骤106和108以视需要选择性地移除层从而提供具有不同目标波长的个别滤波器的集合。
47.在实施方案的特定实例中，由图13的方法限定的每一个别滤波器与单个像素元件相关联。在另一实例中，每一个别滤波器与多个像素元件相关联。在又一实例中，多个滤波器与单个像素元件相关联。
48.如本文可以使用的，术语“大体上”和“大致”为其对应术语和/或项之间的相对性提供了行业接受的容差。对于一些行业，行业接受的容差小于百分之一，并且对于其它行业，行业接受的容差为百分之10或更高。行业接受的容差范围的其它实例在不到百分之一到百分之五十的范围内。行业接受的容差对应于(但不限于)组件值、集成电路工艺变化、温度变化、上升和下降时间、热噪声、尺寸、信号传导误差、丢弃的数据包、温度、压力、材料组成和/或性能度量。在行业内，可接受容差的容差变化可以大于或小于百分比水平(例如，尺寸容差小于+/-1％)。项之间的某一相对性可以在小于一个百分比水平的差值与几个百分比的范围内。项之间的其它相对性可以在几个百分比的差值与巨大差值的范围内。
49.如本文还可以使用的，术语“被配置成”、“可操作地联接到”、“联接到”和/或“联接”包含项之间的直接联接和/或项之间通过中间项(例如，项包含(但不限于)组件、元件、电路和/或模块)的间接联接，其中对于间接联接的实例，中间项不修改信号的信息但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。如本文可以进一步使用的，推断联接(即，其中一个元件依据推断联接到另一元件)包含以与“联接到”相同的方式进行的两个项之间的直接和间接联接。
50.如本文可以更进一步使用的，术语“被配置成”、“可操作用于”、“联接到”或“可操作地联接到”指示项包含电力连接、输入、输出等中的一个或多个，以用于在激活时执行其对应功能中的一个或多个功能，并且可以进一步包含到一个或多个其它项的推断联接。如本文仍可以进一步使用的，术语“与......相关联”包含单独项的直接和/或间接联接，和/或一个项嵌入在另一项中。
51.如本文可以使用的，术语“有利地比较”指示两个或更多个项、信号等之间的比较提供了所期望的关系。例如，当所期望的关系是信号1的幅值比信号2的幅值更大时，当信号1的幅值大于信号2的幅值或者当信号2的幅值小于信号1的幅值时，可以实现有利的比较。如本文可以使用的，术语“不利地比较”指示两个或更多个项、信号等之间的比较未能提供所期望的关系。
52.如本文可以使用的，一个或多个权利要求可包含此一般形式短语“a、b和c中的至少一个”或此一般形式“a、b或c中的至少一个”的特定形式，具有比“a”、“b”和“c”多或少的
要素。在任一种措辞中，短语的解释都是相同的。特定来说，“a、b和c中的至少一个”等同于“a、b或c中的至少一个”，并且将意指a、b和/或c。例如，其意指：“仅a”、“仅b”、“仅c”、“a”和“b”、“a”和“c”、“b”和“c”，和/或“a”、“b”和“c”。
53.如本文还可以使用的，术语“处理模块”、“处理电路”、“处理器”、“处理电路系统”和/或“处理单元”可以是单个处理装置或多个处理装置。此类处理装置可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机、逻辑电路系统、模拟电路系统、数字电路系统，和/或基于电路系统和/或操作指令的硬译码来操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置。处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元可以是或进一步包含存储器和/或集成存储器元件，其可以是单个存储器装置、多个存储器装置，和/或另一处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元的嵌入式电路系统。此类存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、快闪存储器、高速缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。应注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元包含多于一个处理装置，则处理装置可以居中定位(例如，经由有线和/或无线总线结构直接联接在一起)或者可以分布式地定位(例如，经由局域网和/或广域网的间接联接的云计算)。进一步应注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元经由状态机、模拟电路系统、数字电路系统和/或逻辑电路系统实施其功能中的一个或多个功能，则存储对应操作指令的存储器和/或存储器元件可以嵌入在包括状态机、模拟电路系统、数字电路系统和/或逻辑电路系统的电路系统内或外部。仍进一步应注意，存储器元件可以存储并且处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元执行对应于图中的一个或多个图中所示出的步骤和/或功能中的至少一些的硬译码和/或操作指令。此类存储器装置或存储器元件可以包含在制品中。
54.上文已经借助于说明指定功能的执行及其关系的方法步骤描述了一个或多个实施例。为了便于描述，本文任意地限定这些功能构建块和方法步骤的边界和顺序。可以限定替代性边界和顺序，只要指定功能及其关系被适当地执行即可。因此，任何此类替代性边界或顺序都在权利要求书的范围和精神内。此外，为了便于描述，本文任意地限定这些功能构建块的边界。可以限定替代性边界，只要某些重要功能被适当地执行即可。类似地，本文中也可以任意地限定流程框图以说明某一重要功能性。
55.在所使用的范围内，流程框图边界和顺序可以用其它方式限定，并且仍然执行某一重要功能性。因此，功能构建块和流程框图及顺序的此类替代性限定都在权利要求书的范围和精神内。所属领域的普通技术人员还将认识到，本文中的功能构建块和其它说明性块、模块和组件可以如图所展示的那样实施，或由离散组件、专用集成电路、执行适当软件的处理器等或其任何组合来实施。
56.另外，流程图可以包含“开始”和/或“继续”指示。“开始”和“继续”指示反映所呈现的步骤可以任选地并入在一个或多个其它例程中或以其它方式与其结合使用。另外，流程图可以包含“结束”和/或“继续”指示。“结束”和/或“继续”指示反映所呈现的步骤可以如所描述和展示的那样结束，或者任选地并入在一个或多个其它例程中或以其它方式与其结合使用。在此上下文中，“开始”指示开始所呈现的第一步骤，并且其前面可以是未明确展示的其它活动。此外，“继续”指示反映所呈现的步骤可以多次执行，和/或可以后跟未明确展示
的其它活动。此外，尽管流程图指示步骤的特定次序，但是其它次序同样是可能的，只要维持因果关系原则即可。
57.本文使用所述一个或多个实施例来说明一个或多个方面、一个或多个特征、一个或多个概念和/或一个或多个实例。设备、制品、机器和/或工艺的物理实施例可以包含参考本文所讨论的实施例中的一个或多个实施例描述的方面、特征、概念、实例等中的一个或多个。此外，贯穿各图，实施例可以并入有可以使用相同或不同附图标记的相同或类似名称的功能、步骤、模块等，并且如此，所述功能、步骤、模块等可以为相同或类似的功能、步骤、模块等，或者并不相同。
58.虽然上述一个或多个图中的晶体管可展示为场效应晶体管(fet)，但如所属领域的一般技术人员将理解的，晶体管可以使用任何类型的晶体管结构来实施，包含(但不限于)双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、n阱晶体管、p阱晶体管、增强型晶体管、耗尽型晶体管和零电压阈值(vt)晶体管。
59.除非专门陈述为相反情况，否则到达、来自本文呈现的任何图的图中元件的信号和/或所述元件之间的信号可以是模拟的或数字的、连续时间或离散时间以及单端或差分的。例如，如果信号路径被展示为单端路径，则其还表示差分信号路径。类似地，如果信号路径被展示为差分路径，则其还表示单端信号路径。尽管本文描述了一个或多个特定架构，但同样可以实施其它架构，所述其它架构使用未明确展示的一个或多个数据总线、元件之间的直接连接和/或如所属领域的普通技术人员所了解的其它元件之间的间接联接。
60.术语“模块”在实施例中的一个或多个的描述中使用。模块经由例如处理器或其它处理装置或其它硬件等装置实施一个或多个功能，所述装置可以包含存储操作指令的存储器或与之相关联地操作。模块可以独立地操作和/或结合软件和/或固件操作。还如本文所使用的，模块可以含有一个或多个子模块，每个子模块可以是一个或多个模块。
61.如本文可以进一步使用的，计算机可读存储器包含一个或多个存储器元件。存储器元件可以是单独的存储器装置、多个存储器装置或存储器装置内的一组存储器位置。此类存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、快闪存储器、高速缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。存储器装置可以是固态存储器、硬盘驱动器存储器、云存储器、拇指驱动器、服务器存储器、计算装置存储器和/或用于存储数字信息的其它物理介质的形式。
62.在适当时，与本文中所描述的方法和/或过程相关联的一个或多个功能可经由处理模块实施，所述处理模块经由机器的非人类“人工”智能(ai)操作。此ai的实例包含经由异常检测技术、决策树、关联规则、专家系统和其它基于知识的系统、计算机视觉模型、人工神经网络、卷积神经网络、支持向量机(svm)、贝叶斯网络、基因算法、特征学习、稀疏词典学习、偏好学习、深度学习，以及使用训练数据经由非监督、半监督、监督和/或强化学习训练的其它机器学习技术操作的机器，和/或其它ai。人类心智不能够执行此些ai技术，不仅归因于这些技术的复杂性，而且归因于人工智能正如其本身所定义需要“人工”智能(即，机器/非人类智能)这一事实。
63.在适当时，与本文中所描述的方法和/或过程相关联一个或多个功能可被实施为可操作以大规模接收、传输和/或处理数据的大规模系统。如本文中所使用，大规模指代被接收、传输和/或处理的大量数据，例如一个或多个千字节、兆字节、千兆字节、兆兆字节乃
至更多数据。数据的此接收、传输和/或处理实际上无法由人类心智在例如一秒、一毫秒、一微秒内、实时地或生成数据、接收数据、运送数据、存储数据和/或使用数据的机器所要求的其它高速度等合理的时间周期内大规模地执行。
64.在适当时，与本文中所描述的方法和/或过程相关联的一个或多个功能可需要在重叠的时间跨度内以不同方式操纵数据。人类心智不能独立地、同时地、并行地、和/或协调地在例如一秒、一毫秒、一微秒内、实时地或生成数据、接收数据、运送数据、存储数据和/或使用数据的机器所要求的其它高速度等合理的时间周期内执行此些不同数据操纵。
65.在适当时，与本文中所描述的方法和/或过程相关联的一个或多个功能可在系统中实施，所述系统可操作以经由有线或无线通信网络以电子方式接收数字数据和/或经由有线或无线通信网络以电子方式传输数字数据。此接收和传输实际上无法由人类心智执行，因为人类心智不能以电子方式传输或接收数字数据，更不用说经由有线或无线通信网络传输和接收数字数据。
66.在适当时，与本文中所描述的方法和/或过程相关联的一个或多个功能可在系统中实施，所述系统可操作以用电子方式将数字数据存储在存储器装置中。此存储实际上无法由人类心智执行，因为人类心智不能以电子方式存储数字数据。
67.尽管本文已明确地描述了所述一个或多个实施例的各种功能和特征的特定组合，但这些特征和功能的其它组合同样是可能的。本公开不受本文所公开的特定实例限制，并明确结合了这些其它组合。
技术特征：1.一种传感器系统，其包括：多个光学传感器，其实施于集成电路的像素层中；以及光学滤波器的多个集合，其在多个交替滤波器层中且在所述像素层的近侧实施，其中光学滤波器的集合的光学滤波器包含以堆叠形式实施的多个滤波器组件，且被配置成使相应目标波长范围的光通过到所述多个光学传感器的一个或多个光学传感器，其中所述多个滤波器层的滤波器层中的所述多个滤波器组件的滤波器组件对于光学滤波器的集合的多个光学滤波器是共同的。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个滤波器组件的滤波器组件包括所述光学滤波器的底部表面。3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层包含具有不同于所述多个交替滤波器层的另一层的针对一个或多个蚀刻工艺的选择性的一个或多个层。4.根据权利要求3所述的传感器系统，其中所述一个或多个蚀刻工艺中的至少一个选自由以下组成的列表：反应性离子蚀刻(rie)；离子刻蚀；电感耦合等离子(icp)蚀刻；等离子蚀刻；以及湿式化学蚀刻。5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中具有针对一个或多个蚀刻工艺的选择性的所述一个或多个层中的至少一个层选自由以下组成的列表：牺牲层；对一个或多个湿式蚀刻剂具有抗性的层；以及对一个或多个等离子工艺具有抗性的层。6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中光学滤波器的集合的每一光学滤波器的所述目标波长范围基于所述多个交替滤波器层的光学特性的组合确定。7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层包含使用选自由以下组成的列表的工艺沉积的一个或多个层：气相沉积化学气相沉积(cvd)；单层沉积；旋涂工艺；e束沉积溅镀；离子束溅镀反应性溅镀高靶材利用率溅镀；离子辅助沉积；高功率脉冲磁控溅镀；气流溅镀，而单层沉积技术包含
分子束外延法(mbe)；朗缪尔-布洛杰特方法；原子层沉积；以及分子层沉积。8.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层包括选自由以下组成的列表的一个或多个层：反射材料；部分反射玻璃光学平板；氧化硅(sio
x
)；氧化钛(tio
x
)；以及氧化铌(nb
x
o
y
)。9.根据权利要求1所述的传感器系统，其中光学滤波器的所述集合包括多个法布里-珀罗滤波器，其中对于所述多个法布里-珀罗滤波器中的一个或多个，制造在同一步骤中沉积和限定的所述多个法布里-珀罗滤波器中的至少一些法布里-珀罗滤波器的滤波器组件。10.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替滤波器层的第一滤波器层包括所述光学滤波器的底部表面，其中所述第一滤波器层的滤波器组件被配置成直接覆叠所述像素层，其中所述第一滤波器层的所述滤波器组件被配置成斥拒光波长范围外部的光波长。11.根据权利要求1所述的传感器系统，其中光学滤波器的所述集合包括多个法布里-珀罗滤波器，其中所述多个法布里-珀罗滤波器中的至少一些法布里-珀罗滤波器包含多个布拉格反射镜，其中不同法布里-珀罗滤波器的布拉格反射镜的共同第一和共同第二部分同时沉积。12.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个交替层包括：第一层，其被配置成使得所述第一层的底部表面覆叠所述像素层，其中所述第一层的至少一个滤波器组件适于充当蚀刻终止件；第二层，其被配置成使得所述第二层的底部表面覆叠所述第一层的所述顶部表面的一部分；第三层，其被配置成使得所述第三层的底部表面覆叠所述第二层，其中所述第三层的至少一个滤波器组件适于充当蚀刻终止件；以及第四层，其被配置成使得所述第四层的底部表面覆叠所述第三层的所述顶部表面的一部分。13.根据权利要求12所述的传感器系统，其中光学滤波器的所述集合包括多个法布里-珀罗滤波器，其中所述法布里-珀罗滤波器中的至少一些法布里-珀罗滤波器包含包括所述第二层、所述第三层和所述第四层的腔层。14.根据权利要求12所述的传感器系统，其中所述第四层适于充当布拉格结构中的反射镜。15.一种方法，其包括：将光学滤波器层的集合沉积在图像传感器上，光学滤波器层的所述集合具有相应顶部表面，其中光学滤波器层的所述集合的至少一个光学滤波器层包含蚀刻终止层；
使用光刻工艺图案化光学滤波器层的所述集合的所述顶部表面以形成光学滤波器层的所述集合的所述顶部表面的一个或多个暴露区域和一个或多个受保护区域；以及在所述一个或多个暴露区域中使用蚀刻工艺蚀刻光学滤波器层的所述集合的所述顶部表面，其中所述蚀刻终止层经调适以针对所述蚀刻工艺为大体上惰性的。16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：在所述图像传感器上沉积具有相应顶部表面的光学滤波器层的另一集合，其中光学滤波器层的所述另一集合的至少一个光学滤波器层包含另一蚀刻终止层；使用光刻工艺图案化光学滤波器层的所述另一集合的所述顶部表面以形成光学滤波器层的所述另一集合的所述顶部表面的一个或多个暴露区域和一个或多个受保护区域；以及在所述一个或多个暴露区域中使用另一蚀刻工艺蚀刻光学滤波器层的所述另一集合的所述顶部表面，其中所述另一蚀刻终止层经调适以针对所述另一蚀刻工艺为大体上惰性的。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述蚀刻工艺和所述另一蚀刻工艺选自由以下组成的列表：反应性离子蚀刻(rie)；离子刻蚀；电感耦合等离子(icp)蚀刻；等离子蚀刻；以及湿式化学蚀刻。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一个光学滤波器层选自由以下组成的列表：牺牲层；对一个或多个湿式蚀刻剂具有抗性的层；以及对一个或多个等离子工艺具有抗性的层。19.根据权利要求15所述的方法，其中光学滤波器层的所述集合包含使用选自由以下组成的列表的工艺沉积的一个或多个光学滤波器层：气相沉积化学气相沉积(cvd)；单层沉积；旋涂工艺；e束沉积溅镀；离子束溅镀反应性溅镀高靶材利用率溅镀；离子辅助沉积；高功率脉冲磁控溅镀；气流溅镀，而单层沉积技术包含
分子束外延法(mbe)；朗缪尔-布洛杰特方法；原子层沉积；以及分子层沉积。20.根据权利要求15所述的方法，其中光学滤波器层的所述集合包含使用选自由以下组成的列表的工艺沉积的一个或多个光学滤波器层：反射材料；部分反射玻璃光学平板；氧化硅(sio
x
)；氧化钛(tio
x
)；以及氧化铌nb
x
o
y
。
技术总结一种传感器系统包含实施于集成电路的像素层中的多个光学传感器，以及在多个交替滤波器层中的在所述像素层的近侧实施的光学滤波器的多个集合。光学滤波器的集合的光学滤波器包含以堆叠形式实施的多个滤波器组件，且被配置成使相应目标波长范围的光通过到所述多个光学传感器的一个或多个光学传感器。所述多个滤波器层的滤波器层中的所述多个滤波器组件的一个或多个滤波器组件对于光学滤波器的集合的多个光学滤波器是共同的。合的多个光学滤波器是共同的。合的多个光学滤波器是共同的。
技术研发人员：乔纳森
受保护的技术使用者：光谱公司
技术研发日：2022.04.27
技术公布日：2022/11/1
