本發(fā)明涉及金屬-電介質(zhì)濾光器、包括這一濾光器的傳感器設(shè)備以及制造這一濾光器的方法。

發(fā)明背景

光學(xué)傳感器被用于光學(xué)傳感器設(shè)備(諸如，圖像傳感器、環(huán)境光傳感器、接近度傳感器、顏色傳感器以及UV傳感器)，以將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，允許光學(xué)信號(hào)的檢測(cè)或者圖像采集。光學(xué)傳感器通常包括一個(gè)或多個(gè)傳感器元件以及設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上的一個(gè)或多個(gè)濾光器。

例如，彩色圖像傳感器包括設(shè)置成陣列的多個(gè)濾色器，即，濾色器陣列(CFA)。CFA包括具有不同的顏色通頻帶的不同類(lèi)型的濾色器，例如，紅、綠、藍(lán)(RGB)濾光器。

傳統(tǒng)上，將使用染料形成的吸收濾光器用作濾色器。不幸的是，這種基于染料的濾色器具有相對(duì)寬的顏色通頻帶，這造成顏色不夠鮮艷。可替換地，可以將由堆疊電介質(zhì)層形成的分色濾光器(即，干涉濾光器)用作濾色器。這種全電介質(zhì)濾色器具有較高的透射水平和較窄的顏色通頻帶，這造成較明亮的并且較鮮艷的顏色。然而，隨著入射角的改變，全電介質(zhì)濾色器的顏色通頻帶經(jīng)歷相對(duì)大的中心波長(zhǎng)偏移，這造成在顏色上不理想的偏移。

此外，全電介質(zhì)濾色器通常包括大量的堆疊電介質(zhì)層，并且全電介質(zhì)濾色器相對(duì)厚。結(jié)果，全電介質(zhì)濾色器昂貴并且難以制造。具體來(lái)說(shuō)，全電介質(zhì)濾色器難以化學(xué)蝕刻。因此，優(yōu)選將剝離工藝用于圖案化。用于對(duì)CFA中的全電介質(zhì)濾色器進(jìn)行圖案化的剝離工藝的示例在1992年6月9日頒布的Hanrahan的美國(guó)專(zhuān)利No.5,120,622中、1998年1月27日頒布的Buchsbaum的美國(guó)專(zhuān)利No.5,711,889中、2001年5月29日頒布的Edlinger等人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,238,583中、2003年10月28日頒布的Buchsbaum等人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,638,668中以及2010年1月19日頒布的Buchsbaum等人的美國(guó)專(zhuān)利No.7,648,808中被公開(kāi)。然而，剝離工藝通常受限于是濾層高度的大約兩倍的濾波器間隔，這使得難以實(shí)現(xiàn)適合較小的彩色圖像傳感器的全電介質(zhì)CFA。

除了透射顏色通頻帶中的可見(jiàn)光之外，基于染料的濾色器和全電介質(zhì)濾色器兩者同樣透射帶來(lái)噪聲的紅外(IR)光。因此，彩色圖像傳感器通常還包括設(shè)置在CFA之上的IR阻擋式濾光器。IR阻擋式濾光器還被用于在可見(jiàn)光譜范圍中操作的其他光學(xué)傳感器設(shè)備。傳統(tǒng)上，將由彩色玻璃形成的吸收濾光器或者由堆疊電介質(zhì)層形成的分色濾光器用作IR阻擋式濾光器。可替換地，可以將由堆疊金屬和電介質(zhì)層形成的誘導(dǎo)透射濾光器用作IR阻擋式濾光器。金屬-電介質(zhì)IR阻擋式濾光器的示例在1997年7月15日頒布的Sakamoto等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,648,653中以及2006年11月7日頒布的Ockenfuss等人的美國(guó)專(zhuān)利No.7,133,197中被公開(kāi)。

為了避免使用IR阻擋式濾光器，可以將由堆疊金屬和電介質(zhì)層形成的誘導(dǎo)透射濾光器用作濾色器。金屬-電介質(zhì)濾光器(諸如，金屬-電介質(zhì)濾色器)是內(nèi)在地阻擋IR的。通常，金屬-電介質(zhì)濾色器具有不會(huì)隨著入射角的改變而在波長(zhǎng)上顯著偏移的、相對(duì)窄的顏色通頻帶。此外，金屬-電介質(zhì)濾色器通常比全電介質(zhì)濾色器薄得多。金屬-電介質(zhì)濾色器的示例在1990年12月25日頒布的McGuckin等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,979,803中、2000年2月29日頒布的Wang的美國(guó)專(zhuān)利No.6,031,653中、2009年12月10日公布的Gidon等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.2009/0302407中、2011年8月25日公布的Grand的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.2011/0204463中以及2012年4月12日公布的Gidon等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.2012/0085944中被公開(kāi)。

通常，金屬-電介質(zhì)濾光器(諸如，金屬-電介質(zhì)濾色器)中的金屬層是銀或鋁層，其是環(huán)境不穩(wěn)定的，并且在暴露于即使是少量的水或者硫磺的時(shí)候也會(huì)變質(zhì)?；瘜W(xué)蝕刻銀層使銀層的邊緣暴露于環(huán)境，這引起變質(zhì)。因此，在大多數(shù)實(shí)例中，通過(guò)調(diào)整僅電介質(zhì)層的厚度以選擇金屬-電介質(zhì)濾色器的不同的顏色通頻帶來(lái)對(duì)CFA中的金屬-電介質(zhì)濾色器進(jìn)行圖案化。換句話(huà)說(shuō)，需要具有不同的顏色通頻帶的不同類(lèi)型的金屬-電介質(zhì)濾色器具有彼此相同數(shù)量的銀層以及彼此相同厚度的銀層。不幸的是，這些要求嚴(yán)重地限制了金屬-電介質(zhì)濾色器的可能的光學(xué)設(shè)計(jì)。

本發(fā)明提供了不受限于這些要求的金屬-電介質(zhì)濾光器，其尤其適合用于圖像傳感器和其他傳感器設(shè)備，諸如，環(huán)境光傳感器、接近度傳感器、顏色傳感器和UV傳感器。

發(fā)明概述

因此，本發(fā)明涉及濾光器，其設(shè)置在基底上，包括：一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層；以及一個(gè)或多個(gè)金屬層，其在基底上與一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層交替堆疊，其中，一個(gè)或多個(gè)金屬層中的每個(gè)均具有在濾光器的外圍處沿著金屬層的整個(gè)外圍延伸的、被一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層中的至少一個(gè)電介質(zhì)層沿著金屬層的整個(gè)外圍保護(hù)性覆蓋的斜切邊緣。

本發(fā)明還涉及傳感器設(shè)備，其包括：一個(gè)或多個(gè)傳感器元件；以及設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上的一個(gè)或多個(gè)濾光器，其中，一個(gè)或多個(gè)濾光器中的每個(gè)均包括：一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層；以及與一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層交替堆疊的一個(gè)或多個(gè)金屬層，其中，一個(gè)或多個(gè)金屬層中的每個(gè)均具有在濾光器的外圍處沿著金屬層的整個(gè)外圍延伸的、被一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層中的至少一個(gè)電介質(zhì)層沿著金屬層的整個(gè)外圍保護(hù)性覆蓋的斜切邊緣。

本發(fā)明還涉及制造濾光器的方法，該方法包括：提供基底；將光刻膠層施加到基底上；對(duì)光刻膠層進(jìn)行圖案化，以暴露基底的濾光器區(qū)域，由此，在圖案化的光刻膠層中形成圍繞濾光器區(qū)域的外伸部；將包括與一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層交替堆疊的一個(gè)或多個(gè)金屬層的多層疊層沉積到圖案化的光刻膠層和基底的濾光器區(qū)域上；移除圖案化的光刻膠層和圖案化的光刻膠層上的一部分多層疊層，使得在基底的濾光器區(qū)域上殘留的一部分多層疊層形成濾光器，其中，濾光器中的一個(gè)或多個(gè)金屬層中的每個(gè)均具有在濾光器的外圍處沿著金屬層的整個(gè)外圍延伸的、被一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層中的至少一個(gè)電介質(zhì)層沿著金屬層的整個(gè)外圍保護(hù)性覆蓋的斜切邊緣。

附圖簡(jiǎn)述

將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中：

圖1A是濾光器的第一實(shí)施例的橫截面的示意圖；

圖1B至圖1G是制造圖1A中的濾光器的方法的步驟的示意圖；

圖2是濾光器的第二實(shí)施例的橫截面的示意圖；

圖3是多個(gè)濾光器的橫截面的示意圖；

圖4A是示例性紅色濾光器的層數(shù)量、材料和厚度的表格；

圖4B是示例性綠色濾光器的層數(shù)量、材料和厚度的表格；

圖4C是示例性藍(lán)色濾光器的層數(shù)量、材料和厚度的表格；

圖4D是示例性明視覺(jué)濾光器(photopic filter)的層數(shù)量、材料和厚度的表格；

圖5A和5B是圖4A至圖4C中的示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的透射光譜的繪圖；

圖5C是圖4D中的示例性明視覺(jué)濾光器在0°至60°的入射角的透射光譜的繪圖；

圖6A是圖4A至圖4C中的示例性紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)濾光器組以及常規(guī)的基于染料的RGB濾光器組的色域的繪圖；

圖6B是圖4A中的示例性紅色濾光器以及傳常規(guī)的全電介質(zhì)紅色濾光器在0°至60°的入射角的顏色軌跡的繪圖；

圖6C是圖4D中的示例性明視覺(jué)濾光器在0°至60°的入射角的顏色軌跡的繪圖；

圖7是傳感器設(shè)備的第一實(shí)施例的橫截面的示意圖；

圖8是傳感器設(shè)備的第二實(shí)施例的橫截面的示意圖；

圖9A和圖9B是在圖案化的光刻膠層和基底上沉積的連續(xù)涂層的橫截面的掃描電子顯微照片；

圖9C是從圖9A和圖9B中的連續(xù)涂層形成的濾光器的俯視圖的光學(xué)顯微照片，其顯示了在暴露于高濕度和溫度之后的腐蝕；

圖10是在圖案化的光刻膠層和基底上沉積的非連續(xù)涂層的橫截面的掃描電子顯微照片；

圖11A和圖11B是在具有較厚的底部釋放層和較大外伸部的圖案化的光刻膠層和基底上沉積的非連續(xù)涂層的橫截面的掃描電子顯微照片；

圖12是示例性紫外線A(UVA)、紫外線B(UVB)和220nm中心波長(zhǎng)的濾光器的層數(shù)量、材料和厚度的表格；

圖13A是圖12中的示例性UVA濾光器在0°至60°的入射角的透射光譜的繪圖；

圖13B是圖12中的示例性UVB濾光器在0°至60°的入射角的透射光譜的繪圖；

圖13C是圖12中的示例性220nm中心波長(zhǎng)的濾光器在0°至60°的入射角的透射光譜的繪圖；

圖14是示例性明視覺(jué)濾光器在0°至60°的入射角的透射光譜的繪圖；

圖15A是傳感器設(shè)備的第三實(shí)施例的橫截面的示意圖；

圖15B是圖15A中的傳感器設(shè)備的俯視圖的示意圖；

圖15C是圖15A中的傳感器設(shè)備的可替換布局的俯視圖的示意圖；以及

圖16是傳感器設(shè)備的第四實(shí)施例的俯視圖的示意圖。

發(fā)明詳述

本發(fā)明提供了具有保護(hù)金屬層的金屬-電介質(zhì)濾光器，其尤其適合用于傳感器設(shè)備，諸如，圖像傳感器、環(huán)境光傳感器、接近度傳感器、顏色傳感器或者紫外線(UV)傳感器。濾光器包括交替堆疊的一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層以及一個(gè)或多個(gè)金屬層。金屬層受到電介質(zhì)層內(nèi)在地保護(hù)。具體來(lái)說(shuō)，金屬層具有被電介質(zhì)層中的一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層保護(hù)性覆蓋的斜切邊緣。因此，金屬層對(duì)于環(huán)境退化具有增加的抵抗，產(chǎn)生環(huán)境上較耐用的濾光器。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層和一個(gè)或多個(gè)金屬層在沒(méi)有任何中間層的情況下堆疊。參考圖1A，設(shè)置在基底110上的濾光器100的第一實(shí)施例，其包括交替堆疊的三個(gè)電介質(zhì)層120和兩個(gè)金屬層130。每個(gè)金屬層130都設(shè)置在兩個(gè)電介質(zhì)層120之間并且與兩個(gè)電介質(zhì)層120鄰近，并且由此免受環(huán)境的影響。電介質(zhì)層120和金屬層130是連續(xù)層，不具有在其中形成的任何微觀結(jié)構(gòu)。

金屬層130在濾光器100的外圍101處具有斜切邊緣131。換句話(huà)說(shuō)，金屬層130在濾光器100的整個(gè)中央部分102上在厚度上基本均勻，但是在濾光器100的外圍101處在厚度上逐漸減少。斜切邊緣131在濾光器100的外圍101處沿著金屬層130的整個(gè)邊緣延伸。同樣，電介質(zhì)層120在濾光器100的整個(gè)中央部分102上在厚度上基本均勻，但是在濾光器100的外圍101處在厚度上逐漸減少。因此，濾光器100的中央部分102在高度上基本均勻，然而濾光器100的外圍101是傾斜的。換句話(huà)說(shuō)，濾光器100具有基本平坦的頂部和傾斜的側(cè)部。通常，濾光器100的側(cè)部以小于大約45°的角度從水平傾斜。優(yōu)選地，濾光器100的側(cè)部以小于大約20°的角度從水平傾斜，更優(yōu)選地，以小于大約10°的角度從水平傾斜。

有利的是，金屬層130的斜切邊緣131不暴露于環(huán)境。相反，金屬層130的斜切邊緣131被電介質(zhì)層120中的一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層沿著金屬層130的整個(gè)外圍保護(hù)性覆蓋。一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層120(例如，通過(guò)抑制硫磺和水?dāng)U散進(jìn)金屬層130)抑制了金屬層130的環(huán)境變質(zhì)(例如，腐蝕)。優(yōu)選地，金屬層130基本上由電介質(zhì)層120封裝。更優(yōu)選地，金屬層130的斜切邊緣131由鄰近的電介質(zhì)層120保護(hù)性覆蓋，并且金屬層130基本上由鄰近的電介質(zhì)層120封裝。在一些實(shí)例中，頂部電介質(zhì)層120(即，在濾光器100頂部的電介質(zhì)層120)保護(hù)性覆蓋在下面的所有金屬層130的斜切邊緣131。

參考圖1B至圖1G，可以通過(guò)剝離工藝制造濾光器100的第一實(shí)施例。具體參考圖1B，在第一步，提供基底110。具體參考圖1C，在第二步，將光刻膠層140施加到基底110上。通常，通過(guò)旋涂或者噴涂施加光刻膠層140。

具體參考圖1D，在第三步，對(duì)光刻膠層140進(jìn)行圖案化，以暴露基底110中的將要設(shè)置濾光器100的區(qū)域，即，濾光器區(qū)域?；?10的其他區(qū)域保持由圖案化的光刻膠層140覆蓋。通常，通過(guò)首先將光刻膠層140的覆蓋基底110的濾光器區(qū)域的區(qū)域暴露于通過(guò)掩膜的UV光，并且然后通過(guò)使用適合的顯影劑或者溶劑來(lái)使光刻膠層140的暴露出的區(qū)域顯影(即，蝕刻暴露出的區(qū)域)來(lái)對(duì)光刻膠層140進(jìn)行圖案化。

以這樣的方式對(duì)光刻膠層140進(jìn)行圖案化使得在圖案化的光刻膠層140中形成圍繞濾光器區(qū)域的外伸部141(即，倒凹)。通常，通過(guò)化學(xué)(例如，通過(guò)使用適合的溶劑)對(duì)光刻膠層140的頂部部分改性使得光刻膠層140的頂部部分比底部部分顯影得更慢，來(lái)形成外伸部141。可替換地，可以通過(guò)將由顯影得較慢的頂層和顯影得較快的底層組成的雙層光刻膠層140施加于基底110，來(lái)形成外伸部141。

如圖1E中顯示的，外伸部141應(yīng)當(dāng)足夠大，以確保涂層(即，多層疊層103)基本沉積在圖案化的光刻膠層140上并且基底110不從基底110連續(xù)到圖案化的光刻膠層140。外伸部141通常大于2μm，優(yōu)選大于4μm。通常，涂層應(yīng)當(dāng)不覆蓋圖案化的光刻膠層140的側(cè)部。

參考圖9A和圖9B，當(dāng)涂層903在基底910和圖形化的光刻膠層940之上連續(xù)的時(shí)候，在后續(xù)剝離光刻膠層940和涂層903在光刻膠層940之上的部分的期間，在圖案化的光刻膠層940的底部邊緣處涂層903被破壞，使由涂層903形成的濾光器的邊緣(具體來(lái)說(shuō)是濾光器的金屬層的邊緣)暴露于環(huán)境。不幸的是，如針對(duì)包含銀的濾光器900的圖9C中顯示的，暴露出的邊緣易受環(huán)境侵蝕的影響，例如，當(dāng)暴露于高濕度和溫度的時(shí)候，這導(dǎo)致腐蝕。

參考圖10，在提供非連續(xù)涂層1003的實(shí)施例中，光刻膠層具有雙層結(jié)構(gòu)，并且包括頂層1042和底層1043。頂層1042是光敏的并且可通過(guò)選擇性地暴露于UV光而被圖案化。底層1043通常不是光敏的并且充當(dāng)釋放層?？刮g劑的適合的示例包括用于頂部光刻膠層1042的AZ電子材料nLOF 2020，以及用于底部釋放層1043的Microchem公司的LOR 10B。

當(dāng)光刻膠層被顯影的時(shí)候，外伸部1041的長(zhǎng)度受顯影時(shí)間約束。在圖10中，顯影時(shí)間被選擇以提供大約3μm的外伸部1041。優(yōu)選地，底部釋放層1043的厚度大于大約500nm，并且外伸部1041大于大約2μm。為了確保干凈的剝離(即，剝離而不破壞沉積的涂層1003)，涂層1003的厚度通常應(yīng)當(dāng)小于底部釋放層1043的厚度的大約70％。在圖10中，底部釋放層1043的厚度是大約800nm，頂部光敏層1042的厚度是大約2μm，并且涂層的厚度是大約500nm。濾光器1000在外伸部1041下面的側(cè)部以大約10°的角度傾斜。

參考圖11，在一些實(shí)例中，使用較厚的底部釋放層1143，通過(guò)使用較長(zhǎng)的顯影時(shí)間(例如，針對(duì)一些工藝的大約80s至大約100s的時(shí)間)產(chǎn)生較大的外伸部1141。這些特征通過(guò)減小濾光器1100的側(cè)部的傾斜并且增加在濾光器1100的外圍的頂部電介質(zhì)層1121的厚度，改善了邊緣的耐久性。在圖11中，顯影時(shí)間被選擇以提供大約6μm的外伸部1141。優(yōu)選地，底部釋放層1143的厚度大于大約2μm，并且外伸部1141大于大約4μm。涂層1103的厚度通常應(yīng)當(dāng)小于底層釋放層1143的厚度的大約30％。在圖11中，底部釋放層1143的厚度是大約2.6μm，頂部光敏層1142的厚度是大約2μm，并且涂層1103的厚度是大約500nm。濾光器1100在外伸部1141下面的側(cè)部以大約5°的角度傾斜。

具體參考圖1E，在第四步，多層疊層103作為非連續(xù)涂層被沉積到圖案化的光刻膠層140和基底110的濾光器區(qū)域上。設(shè)置在基底110的濾光器區(qū)域上的一部分多層疊層103形成了濾光器100?？梢酝ㄟ^(guò)使用各種沉積技術(shù)來(lái)沉積多層疊層103中與濾光器100中的層對(duì)應(yīng)的層，沉積技術(shù)諸如：蒸發(fā)，例如，熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、等離子體輔助蒸發(fā)或者反應(yīng)離子蒸發(fā)；濺射，例如，磁控濺射、反應(yīng)濺射、交流(AC)濺射、直流(DC)濺射、脈沖DC濺射、或離子束濺射；化學(xué)氣相沉積，例如，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積；以及原子層沉積。此外，可以通過(guò)使用不同的沉積技術(shù)來(lái)沉積不同的層。例如，可以通過(guò)金屬靶的濺射來(lái)沉積金屬層130，并且可以在有氧氣存在的情況下通過(guò)金屬靶的反應(yīng)濺射來(lái)沉積電介質(zhì)層120。

因?yàn)橥馍觳?41遮蔽了基底110的濾光器區(qū)域的外圍，所以沉積層在厚度上朝著濾光器100的外圍101逐漸減小。外伸部141朝著濾光器100的外圍101產(chǎn)生涂層的軟滾降(soft roll-off)。當(dāng)將電介質(zhì)層120沉積到金屬層130上的時(shí)候，電介質(zhì)層120不但覆蓋金屬層130的頂面，而且覆蓋金屬層130的斜切邊緣131，由此使金屬層130免受環(huán)境的影響。此外，頂部電介質(zhì)層120通常充當(dāng)下面的金屬層130的保護(hù)層。例如，如圖11A中顯示，在圖11的實(shí)施例中，具有大約100nm的厚度的頂部電介質(zhì)層1121在下面的較不耐用的金屬層(具體來(lái)說(shuō)是金屬層的斜切邊緣)上延伸并且保護(hù)性覆蓋較不耐用的金屬層。

具體參考圖1F，在第五步，將圖案化的光刻膠層140上的一部分多層疊層103連同光刻膠層140移除，即，剝離。通常，通過(guò)使用適合的去膜劑或者溶劑來(lái)剝離光刻膠層140。在基底110的濾光器區(qū)域上殘留的一部分多層疊層103形成濾光器100?；?10可以例如是常規(guī)的傳感器元件。

應(yīng)注意到，同樣可以將圖1B至圖1F中的剝離工藝用于在基底110上同時(shí)形成多個(gè)相同類(lèi)型的濾光器100，即，其具有相同的光學(xué)設(shè)計(jì)。此外，可以重復(fù)剝離工藝以在相同的基底110上接著形成一個(gè)或多個(gè)不同類(lèi)型的濾光器，即，其具有不同的光學(xué)設(shè)計(jì)。在一些實(shí)例中，可以在基底110上接著形成在環(huán)境上較耐用的一個(gè)或多個(gè)濾光器，使得如下文中將進(jìn)一步詳細(xì)解釋地通過(guò)使用剝離工藝或者在一些實(shí)例中通過(guò)使用干法蝕刻工藝或者濕法蝕刻工藝，與在環(huán)境上不太耐用的一個(gè)或多個(gè)濾光器100部分地重疊。由此，可以在基底110上形成濾光器陣列?；?10可以例如是常規(guī)的傳感器陣列。

具體參考圖1G，在可選的第六步，將額外的保護(hù)涂層150沉積在濾光器100上?？梢酝ㄟ^(guò)使用迄今為止提到的沉積技術(shù)中的一種沉積技術(shù)來(lái)沉積保護(hù)涂層150。保護(hù)涂層150覆蓋濾光器100的中央部分102和外圍101兩者(即，濾光器100的所有暴露的部分)，由此，使濾光器100免受環(huán)境的影響。

在其他實(shí)施例中，濾光器包括多個(gè)腐蝕抑制層，其設(shè)置在電介質(zhì)層和金屬層之間，進(jìn)一步保護(hù)金屬層。參考圖2，設(shè)置在基底210上的濾光器200的第二實(shí)施例類(lèi)似于濾光器100的第一實(shí)施例，但是還包括在三個(gè)電介質(zhì)層220和兩個(gè)金屬層230之間插入的四個(gè)腐蝕抑制層260。

金屬層230中的每個(gè)金屬層都被設(shè)置在兩個(gè)腐蝕抑制層260之間且鄰近于兩個(gè)腐蝕抑制層260，并且由此進(jìn)一步免受環(huán)境的影響。腐蝕抑制層260主要是在沉積工藝期間抑制金屬層230的腐蝕。具體來(lái)說(shuō)，腐蝕抑制層260保護(hù)金屬層230在光路中的各部分，抑制金屬層230的光學(xué)性質(zhì)的衰減。優(yōu)選地，金屬層230的斜切邊緣231由鄰近的腐蝕抑制層260以及由最接近的電介質(zhì)層220保護(hù)性覆蓋。這樣，金屬層230優(yōu)選基本上由鄰近的腐蝕抑制層260以及由最接近的電介質(zhì)層220封裝。

可以通過(guò)與用于制造濾光器100的第一實(shí)施例的剝離工藝類(lèi)似的剝離工藝來(lái)制造濾光器200的第二實(shí)施例。然而，在第四步中沉積的多層疊層中的層對(duì)應(yīng)于濾光器200中的層。具體來(lái)說(shuō)，腐蝕抑制層260在每個(gè)金屬層230之前和之后被沉積。有利的是，腐蝕抑制層260抑制在電介質(zhì)層220沉積期間金屬層230的腐蝕(即，氧化)。腐蝕抑制層260在金屬層230包含銀或鋁的時(shí)候尤其有用。在這種實(shí)施例中，腐蝕抑制層260對(duì)在金屬層230中的銀或鋁和電介質(zhì)層220中的氧之間的形成氧化銀或者氧化鋁的反應(yīng)進(jìn)行抑制。

可以通過(guò)使用迄今為止提到的沉積技術(shù)中的一種沉積技術(shù)(例如，反應(yīng)濺射)使腐蝕抑制層260被沉積為金屬化合物(例如，金屬氮化物或者金屬氧化物)層?？商鎿Q地，可以通過(guò)首先通過(guò)使用迄今為止提到的沉積技術(shù)中的一種沉積技術(shù)沉積適合的金屬層，并且隨后使金屬層氧化來(lái)形成腐蝕抑制層260。優(yōu)選地，通過(guò)首先沉積適合的金屬層，使金屬層氧化，然后沉積金屬氧化層，來(lái)形成金屬層230頂部上的每個(gè)腐蝕抑制層260。例如，可以在有氧氣存在的情況下通過(guò)適合的金屬靶的濺射、然后是適合的金屬靶的氧化、然后是適合的金屬靶的反應(yīng)濺射來(lái)形成這些腐蝕抑制層260。形成腐蝕抑制層的方法的另外的細(xì)節(jié)在下文中被提供，并且在美國(guó)專(zhuān)利No.7,133,197中被公開(kāi)。

本發(fā)明的濾光器可以具有各種光學(xué)設(shè)計(jì)。在下文中將進(jìn)一步詳細(xì)描述示例性濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)。通常，針對(duì)具體的通頻帶，通過(guò)選擇適合的層數(shù)量、材料和/或厚度來(lái)優(yōu)化濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)。

濾光器包括至少一個(gè)金屬層以及至少一個(gè)電介質(zhì)層。濾光器經(jīng)常包括多個(gè)金屬層以及多個(gè)電介質(zhì)層。通常，濾光器包括2至6個(gè)金屬層、3至7個(gè)電介質(zhì)層以及可選地包括4至12個(gè)腐蝕抑制層。通常，增加金屬層的數(shù)量使通頻帶具有較陡峭的邊緣，但是具有較低的帶內(nèi)透射率。

在光學(xué)設(shè)計(jì)中的第一層或底層(即，在基底上沉積的第一層)可以是金屬層或者電介質(zhì)層。在光學(xué)設(shè)計(jì)中的最后一層或頂層(即，在基底上沉積的最后一層)經(jīng)常是電介質(zhì)層。當(dāng)?shù)讓邮墙饘賹拥臅r(shí)候，濾光器可以由按照(M/D)_n(其中，n≥1)的順序堆疊的n個(gè)金屬層(M)和n個(gè)電介質(zhì)層(D)組成。可替換地，濾光器可以由按照(C/M/C/D)_n(其中，n≥1)的順序堆疊的n個(gè)金屬層(M)、n個(gè)電介質(zhì)層(D)以及2n個(gè)腐蝕抑制層(C)組成。當(dāng)?shù)讓邮请娊橘|(zhì)層的時(shí)候，濾光器可以由按照D(M/D)_n(其中，n≥1)的順序堆疊的n個(gè)金屬層(M)和n+1個(gè)電介質(zhì)層(D)組成?？商鎿Q地，濾光器可以由按照D(C/M/C/D)_n(其中，n≥1)的順序堆疊的n個(gè)金屬層(M)、n+1個(gè)電介質(zhì)層(D)以及2n個(gè)腐蝕抑制層(C)組成。

金屬層中的每個(gè)都由金屬或合金組成。在一些實(shí)施例中，金屬層中的每個(gè)都由銀組成?？商鎿Q地，金屬層中的每個(gè)都可以由銀合金組成。例如，主要由大約0.5wt％的金、大約0.5wt％的錫以及余量的銀組成銀合金可以提供改善的抗腐蝕性。在其他實(shí)施例中，金屬層中的每個(gè)都由鋁構(gòu)成。金屬或者合金的選擇取決于應(yīng)用。針對(duì)具有在可見(jiàn)光譜區(qū)域中的通頻帶的濾光器，經(jīng)常優(yōu)選銀，并且針對(duì)具有在UV光譜區(qū)域中的通頻帶的濾光器，經(jīng)常優(yōu)選鋁，但是當(dāng)通頻帶的中心在大于大約350nm的波長(zhǎng)處的時(shí)候，有時(shí)可以使用銀。

通常而非必須，金屬層由相同的金屬或者合金組成，但金屬層具有不同的厚度。通常，金屬層中的每個(gè)均具有在大約5nm和大約50nm之間(優(yōu)選地，在大約10nm和大約35nm之間)的物理厚度。

電介質(zhì)層中的每個(gè)均由在濾光器的通頻帶中透明的電介質(zhì)材料組成。

針對(duì)具有在可見(jiàn)光譜區(qū)域中的通頻帶的濾光器，通常電介質(zhì)層中的每個(gè)都由在550nm處具有大于大約1.65的折射率的、在可見(jiàn)光譜區(qū)域中透明的高折射率電介質(zhì)材料組成。用于這種濾光器的高折射率電介質(zhì)材料的適合的示例包括二氧化鈦(TiO₂)、二氧化鋯(ZrO₂)、二氧化鉿(HfO₂)、五氧化二鈮(Nb₂O₅)、五氧化二鉭(Ta₂O₅)及其混合物。優(yōu)選地，用于這種濾光器的高折射率電介質(zhì)材料同樣是吸收UV的，即，在近UV光譜區(qū)域中吸收。例如，包括TiO₂和/或Nb₂O₅的或者由TiO₂和/或Nb₂O₅組成的高折射率電介質(zhì)材料可以提供增強(qiáng)的UV阻擋，即，在近UV光譜區(qū)域中較低的帶外透射率。優(yōu)選地，高折射率電介質(zhì)材料在550nm處具有大于大約2.0的折射率，更優(yōu)選地，在550nm處具有大于大約2.35的折射率。較高的折射率通常是理想的。然而，當(dāng)前可用的透明高折射率電介質(zhì)材料通常在550nm處具有小于大約2.7的折射率。

針對(duì)具有在UV光譜區(qū)域中的通頻帶的濾光器，電介質(zhì)層中的每個(gè)通常由在300nm處具有在大約1.4和1.65之間的折射率的中間折射率電介質(zhì)材料組成，或者優(yōu)選地由在300nm處具有大于1.65的折射率(或者更優(yōu)選地，在UV光譜區(qū)域中透明的、在300nm處具有大于大約2.2的折射率)的高折射率電介質(zhì)材料組成。用于具有在UV光譜區(qū)域中的通頻帶的濾光器的中間折射率的和高折射率的電介質(zhì)材料的適合的示例包括：Ta₂O₅、二氧化鉿(HfO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、三氧化鈧Sc₂O₃、三氧化二釔(Y₂O₃)、ZrO₂、二氧化鎂(MgO2)、氟化鎂(MgF₂)、其他氟化物及其混合物。例如，可以將Ta₂O₅用作中心波長(zhǎng)在高于大約340nm的波長(zhǎng)處的通頻帶的高折射率電介質(zhì)材料，并且可以將HfO₂用作中心波長(zhǎng)在低于大約400nm的波長(zhǎng)處的通頻帶的高折射率電介質(zhì)材料。

通常而非必須，電介質(zhì)層由相同的電介質(zhì)材料組成，但電介質(zhì)層具有不同的厚度。通常，電介質(zhì)層中的每個(gè)均具有在大約20nm和大約300nm之間的物理厚度。優(yōu)選地，頂部電介質(zhì)層具有大于大約40nm(更優(yōu)選地，大于大約100nm)的物理厚度，以實(shí)現(xiàn)頂部電介質(zhì)層充當(dāng)下面的金屬層的保護(hù)層。每個(gè)電介質(zhì)層的物理厚度被選擇為與光學(xué)設(shè)計(jì)需要的四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度(QWOT)對(duì)應(yīng)。QWOT被限定為4nt，其中n是電介質(zhì)材料的折射率，并且t是物理厚度。通常，電介質(zhì)層中的每個(gè)均具有在大約200nm和大約2400nm之間的QWOT。

可選的腐蝕抑制層中的每個(gè)均由腐蝕抑制材料組成。通常，腐蝕抑制層由腐蝕抑制電介質(zhì)材料組成。合適的腐蝕抑制電介質(zhì)材料的示例包括：氮化硅(Si₃N₄)、TiO₂、Nb₂O₅、氧化鋅(ZnO)及其混合物。優(yōu)選地，腐蝕抑制電介質(zhì)材料是化合物，例如，相較于金屬層的金屬或者合金具有更高電偶電位的金屬的氮化物或氧化物。

在一些實(shí)例中，在金屬層下面的腐蝕抑制層由ZnO組成，而在金屬層上面的腐蝕抑制層包括由鋅組成的非常薄的層(例如，其具有小于1nm的厚度)以及由ZnO組成的薄層。鋅層被沉積在金屬層上，然后被后氧化(post-oxidized)以防止光學(xué)吸收。通常通過(guò)反應(yīng)濺射來(lái)沉積金屬層下面的和上面的ZnO層。有利的是，在沉積ZnO層之前在金屬層上沉積鋅層防止金屬層暴露于在反應(yīng)濺射期間產(chǎn)生的活性的電離氧物質(zhì)。鋅層優(yōu)先吸收氧，這抑制了金屬層的氧化。

腐蝕抑制層通常適當(dāng)?shù)乇∫曰旧媳苊庥绊憺V光器的光學(xué)設(shè)計(jì)(特別是腐蝕抑制層正在可見(jiàn)光譜區(qū)域中吸收的時(shí)候)。通常，腐蝕抑制層中的每個(gè)均具有在大約0.1nm和大約10nm之間(優(yōu)選地，在大約1nm和大約5nm之間)的物理厚度。適合的腐蝕抑制層的另外的細(xì)節(jié)在美國(guó)專(zhuān)利No.7,133,197中被公開(kāi)。

可選的保護(hù)涂層通常由電介質(zhì)材料組成。保護(hù)涂層可以由相同的電介質(zhì)材料組成，并且保護(hù)涂層可以具有與電介質(zhì)層相同的厚度范圍。保護(hù)涂層經(jīng)常由與頂部電介質(zhì)層相同的電介質(zhì)材料組成，并且保護(hù)涂層具有為頂部電介質(zhì)層的設(shè)計(jì)厚度(即，光學(xué)設(shè)計(jì)需要的厚度)的一部分的厚度。換句話(huà)說(shuō)，光學(xué)設(shè)計(jì)的頂部電介質(zhì)層在電介質(zhì)層和電介質(zhì)保護(hù)涂層之間被劃分?？商鎿Q地，保護(hù)涂層可以由有機(jī)材料(例如，環(huán)氧樹(shù)脂)組成。

參考圖3，濾光器300通常具有小于1μm的(優(yōu)選地，小于0.6μm的)濾層高度h，即，濾光器300的從基底310開(kāi)始的中央部分的高度。應(yīng)注意到，濾層高度通常對(duì)應(yīng)于迄今為止所提及的沉積涂層的厚度。當(dāng)被用于圖像傳感器的時(shí)候，濾光器300通常具有小于2μm的(優(yōu)選地，小于1μm的)濾光器寬度w，即，濾光器300的中央部分的寬度。有利的是，當(dāng)通過(guò)剝離工藝形成多個(gè)濾光器300的時(shí)候，相對(duì)小的濾層高度允許較小的濾光器間隔。通常，圖像傳感器中的濾光器300具有小于2μm的(優(yōu)選地，小于1μm的)濾光器間隔d，即，在最接近的濾光器300的中央部分之間的間隔。當(dāng)用于具有較大像素尺寸的其他傳感器設(shè)備的時(shí)候，濾光器寬度可以從大約50μm到大約100μm。

濾光器是金屬電介質(zhì)帶通濾光器(即，誘導(dǎo)透射濾光器)，其具有高的帶內(nèi)透射率和低的帶外透射率。在一些實(shí)施例中，濾光器是具有在可見(jiàn)光譜區(qū)域中的相對(duì)窄的顏色通頻帶的濾色器。例如，濾光器可以是紅色、綠色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、黃色或者品紅色濾光器。在其他實(shí)施例中，濾光器是具有明視覺(jué)通頻帶(即，與模擬在可見(jiàn)光譜區(qū)域中人眼對(duì)相對(duì)明亮的光的光譜響應(yīng)的明視覺(jué)亮度效率函數(shù)匹配的通頻帶)的明視覺(jué)濾光器。在又一些實(shí)施例中，濾光器是具有在可見(jiàn)光譜區(qū)域中的相對(duì)寬的通頻帶的IR阻擋式濾光器。

在這種實(shí)施例中，濾光器通常具有大于大約50％的最大帶內(nèi)透射率、在大約300nm和大約400nm之間(即，在近UV光譜區(qū)域中)具有小于大約2％的平均帶外透射率、以及在大約750nm和大約1100nm之間(即，在紅外(IR)光譜區(qū)域中)具有小于大約0.3％的平均帶外透射率。相反，常規(guī)的全電介質(zhì)濾色器和明視覺(jué)濾光器通常不是內(nèi)在地阻擋IR的。通常，在這種實(shí)施例中，濾光器還具有低的角度偏移，即，隨著入射角從0°改變的中心波長(zhǎng)的偏移。通常，濾光器在60°的入射角處具有小于大約5％的角度偏移，或者對(duì)于中心波長(zhǎng)在600nm處的濾光器在大小上有大約30nm的偏移。相反，常規(guī)的全電介質(zhì)濾色器和明視覺(jué)濾光器通常是對(duì)于角度非常敏感的。

分別將針對(duì)示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器(即，示例性RGB濾光器組)的光學(xué)設(shè)計(jì)(即，層數(shù)量、材料和厚度)列表于圖4A、4B和4C中。將示例性明視覺(jué)濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)列表于圖4D中。每個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)的層是從在基底上沉積的第一層或底層開(kāi)始被計(jì)數(shù)的。

金屬層中的每個(gè)均由銀組成，并且金屬層具有在大約13nm和大約34nm之間的物理厚度。電介質(zhì)層中的每個(gè)均由高折射率電介質(zhì)材料(H)組成，并且電介質(zhì)層具有在大約240nm和大約2090nm之間的QWOT。例如，高折射率電介質(zhì)材料可以是在550nm處具有大約2.43的折射率的、Nb₂O₅和TiO₂的混合物。腐蝕抑制層中的每個(gè)均由ZnO組成，并且每個(gè)均具有大約2nm的物理厚度。

當(dāng)高折射率電介質(zhì)材料在550nm處具有大約2.43的折射率時(shí)，紅色濾光器的濾層高度是606nm，綠色濾光器的濾層高度是531nm，藍(lán)色濾光器的濾層高度是252nm，并且明視覺(jué)濾光器的濾層高度是522nm。這些濾層高度與常規(guī)的全電介質(zhì)濾色器和明視覺(jué)濾光器的濾層高度相比小得多。

示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的透射光譜570、571和572分別在圖5A和圖5B中被繪出。示例性紅色濾光器的透射光譜570包括中心波長(zhǎng)在大約620nm處的紅色通頻帶，示例性綠色濾光器的透射光譜571包括中心波長(zhǎng)在大約530nm處的綠色通頻帶，并且示例性藍(lán)色濾光器的透射光譜572包括中心波長(zhǎng)在大約445nm處的藍(lán)色通頻帶。

示例性明視覺(jué)濾光器在0°到60°的入射角的透射光譜573(0°)和574(60°)在圖5C中被繪出。示例性明視覺(jué)濾光器在0°的入射角處的透射光譜573包括中心波長(zhǎng)在大約555nm處的明視覺(jué)通頻帶。在示例性明視覺(jué)濾光器在60°的入射角處的透射光譜574中，明視覺(jué)通頻帶的中心波長(zhǎng)在大約520nm處。換句話(huà)說(shuō)，示例性明視覺(jué)濾光器在60°的入射角處的角度偏移是大約25nm。有益的是，示例性明視覺(jué)濾光器的角度偏移比常規(guī)的全電介質(zhì)明視覺(jué)濾光器的角度偏移小得多。

示例性濾色器和明視覺(jué)濾光器中的每個(gè)均具有大于大約60％的最大帶內(nèi)透射率。有益的是，與常規(guī)的基于染料的濾光器和全電介質(zhì)濾色器和明視覺(jué)濾光器相比，示例性濾色器和明視覺(jué)濾光器提供了改善的IR阻擋，降低了由IR泄露帶來(lái)的噪聲。具體來(lái)說(shuō)，示例性濾色器和明視覺(jué)濾光器中的每個(gè)均在大約750nm和大約1100nm之間(即，在IR光譜區(qū)域中)具有小于大約0.3％的平均帶外透射率。示例性濾色器和明視覺(jué)濾光器(具體來(lái)說(shuō)是示例性紅色濾光器)還提供了相對(duì)于一些常規(guī)的金屬電介質(zhì)濾色器的改善的UV阻擋，這降低了由UV泄露帶來(lái)的噪聲。具體來(lái)說(shuō)，示例性濾色器和明視覺(jué)濾光器中的每個(gè)均在大約300nm和大約400nm之間(即，在近UV光譜區(qū)域中)具有小于大約2％的平均帶外透射率。

示例性RGB濾光器組的色域680連同用于比較的常規(guī)的基于染料的RGB濾光器組的色域681一起被繪圖于圖6A中的CIE xy色度圖中。有益的是，示例性RGB濾光器組的色域680比常規(guī)的基于染料的RGB濾光器組的色域681大得多。

示例性紅色濾光器在0°到60°的入射角處的顏色軌跡682連同常規(guī)的全電介質(zhì)紅色濾光器在0°到60°的入射角處的顏色軌跡683一起被繪圖于圖6B中的CIE xy色度圖中。示例性明視覺(jué)濾光器在0°到60°的入射角處的顏色軌跡684被繪圖于圖6C中的CIE xy色度圖中。有益的是，示例性紅色濾光器和明視覺(jué)濾光器的角度偏移與常規(guī)的全電介質(zhì)紅色濾光器和明視覺(jué)濾光器的角度偏移相比小得多。

在一些實(shí)施例中，濾光器是具有在UV光譜區(qū)域中(例如，在大約180nm和大約420nm之間)的相對(duì)窄的通頻帶的UV濾光器。例如，濾光器可以是紫外線A(UVA)或紫外線B(UVB)濾光器。在這種實(shí)施例中，濾光器通常具有大于大約5％的(優(yōu)選地，大于大約15％的)最大帶內(nèi)透射率、以及在大約420nm和大約1100nm之間(即，在可見(jiàn)光譜區(qū)域和IR光譜區(qū)域中)小于大約0.3％的平均帶外透射率。相反，全常規(guī)的電介質(zhì)UV濾光器通常不是內(nèi)在地阻擋IR的。通常，在這種實(shí)施例中，濾光器還具有低的角度偏移，即，隨著入射角從0°改變的中心波長(zhǎng)的偏移。通常，濾光器在60°的入射角處具有小于大約5％的角度偏移，或者對(duì)于中心波長(zhǎng)在300nm處的濾光器在大小上有大約15nm的偏移。相反，常規(guī)的全電介質(zhì)UV濾光器通常是對(duì)于角度非常敏感的。

示例性UVA、UVB和中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)(即，層數(shù)量、材料和厚度)在圖12中被總結(jié)。金屬層中的每個(gè)均由鋁組成，并且金屬層具有在大約10nm和大約20nm之間的物理厚度。電介質(zhì)層中的每個(gè)均由高折射率電介質(zhì)材料組成，即，用于UVA濾光器的Ta₂O₅，以及用于UVB濾光器和中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器的HfO₂，并且電介質(zhì)層具有在大約40nm和大約60nm之間的物理厚度。示例性UV濾光器不包括腐蝕抑制層，因?yàn)楫?dāng)金屬層由鋁組成的時(shí)候，一般并不需要腐蝕抑制層提供的額外的保護(hù)。

UVA濾光器的濾層高度是350nm，UVB濾光器的濾層高度是398nm，并且中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器的濾層高度是277nm。這些濾層高度與常規(guī)的全電介質(zhì)UV濾光器的濾層高度相比小得多。

示例性UVA濾光器在0°到60°的入射角處的透射光譜1370(0°)和1371(60°)在圖13A中被繪出，示例性UVB濾光器在0°到60°的入射角處的透射光譜1372(0°)和1373(60°)在圖13B中被繪出，并且示例性中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器在0°到60°的入射角處的透射光譜1374(0°)和1375(60°)在圖13C中被繪出。示例性UVA濾光器在0°的入射角處的透射光譜1370包括中心波長(zhǎng)在大約355nm處的UVA通頻帶，示例性UVB濾光器在0°的入射角處的透射光譜1372包括中心波長(zhǎng)在大約295nm處的UVB通頻帶，并且中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器在0°的入射角處的透射光譜1374包括中心波長(zhǎng)在大約220nm處的通頻帶。示例性UV濾光器在60°的入射角處的角度偏移在大小上小于大約15nm。有益的是，示例性UV濾光器的角度偏移與常規(guī)的全電介質(zhì)UV濾光器的角度偏移相比小得多。

示例性UV濾光器中的每個(gè)均具有大于大約10％的最大帶內(nèi)透射率。具體來(lái)說(shuō)，UVA濾光器和UVB濾光器每個(gè)均具有大于大約20％的最大帶內(nèi)透射率。有益的是，示例性UV濾光器提供了相對(duì)于常規(guī)的全電介質(zhì)UV濾光器的改善的IR阻擋，這降低了由IR泄露帶來(lái)的噪聲。具體來(lái)說(shuō)，示例性UV濾光器中的每個(gè)均在大約420nm和大約1100nm之間(即，在可見(jiàn)光譜區(qū)域和IR光譜區(qū)域中)具有小于大約0.3％的平均帶外透射率。

本發(fā)明的濾光器在被包括作為傳感器設(shè)備或者其他有源設(shè)備的一部分的時(shí)候尤其有用。傳感器設(shè)備可以是除了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)濾光器之外還包括一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的任何類(lèi)型的傳感器設(shè)備。在一些實(shí)例中，傳感器設(shè)備還可以包括一個(gè)或多個(gè)常規(guī)的濾光器。例如，傳感器設(shè)備可以是圖像傳感器、環(huán)境光傳感器、接近度傳感器、顏色傳感器、UV傳感器或者其組合。一個(gè)或多個(gè)傳感器元件可以是任何類(lèi)型的常規(guī)的傳感器元件。通常，一個(gè)或多個(gè)傳感器元件是光電檢測(cè)器，諸如，光電二極管、電荷耦合器件(CCD)傳感器元件、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器元件、硅檢測(cè)器、或者專(zhuān)用UV敏感檢測(cè)器。一個(gè)或多個(gè)傳感器元件可以是前照式的或者背照式的。傳感器元件可以由任何典型的傳感器材料(諸如，硅、銦鎵砷化物(In_1-xGa_xAs)、砷化鎵(GaAs)、鍺、硫化鉛(PbS)或者氮化鎵(GaN))形成。

將一個(gè)或多個(gè)濾光器設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的上面，使得一個(gè)或多個(gè)濾光器對(duì)提供給一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的光進(jìn)行濾光。通常，在一個(gè)傳感器元件上均設(shè)置一個(gè)濾光器。換句話(huà)說(shuō)，傳感器設(shè)備的每個(gè)像素通常包括一個(gè)濾光器和一個(gè)傳感器元件。優(yōu)選地，將一個(gè)或多個(gè)濾光器直接設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上，例如，設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的鈍化層上。例如，可以通過(guò)剝離工藝在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上形成一個(gè)或多個(gè)濾光器。然而，在一些實(shí)例中，可以在一個(gè)或多個(gè)濾光器與一個(gè)或多個(gè)傳感器元件之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)涂層。在一些實(shí)例中，一個(gè)或多個(gè)濾光器可以與一個(gè)或多個(gè)傳感器元件集成。

在一些實(shí)施例中，傳感器設(shè)備包括單一傳感器元件和被設(shè)置在傳感器元件上的根據(jù)本發(fā)明的單一濾光器。參考圖7，傳感器設(shè)備790的第一實(shí)施例包括傳感器元件711和在傳感器元件711上設(shè)置的濾光器700。例如，傳感器設(shè)備790可以是環(huán)境光傳感器，傳感器元件711可以是光電二極管，并且濾光器700可以是明視覺(jué)濾光器(諸如，圖4D中的示例性明視覺(jué)濾光器)或者IR阻擋式濾波器。對(duì)于另一個(gè)示例，傳感器設(shè)備790可以是UV傳感器，傳感器元件711可以是光電二極管，并且濾光器700可以是UV濾光器諸如，圖12中的示例性UVA、UVB或者中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器。

在環(huán)境光傳感器的示例性實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的明視覺(jué)濾光器與光電二極管集成。明視覺(jué)濾光器被設(shè)置在光電二極管上，通常被設(shè)置在光電二極管的例如由Si₃N₄組成的平面型鈍化層上。(例如，由環(huán)氧樹(shù)脂組成的)可選的保護(hù)涂層或者封裝層可被設(shè)置在明視覺(jué)濾光器和光電二極管上。通過(guò)考慮到鈍化層以及在存在時(shí)的封裝層來(lái)優(yōu)化明視覺(jué)濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)。

為了與光電二極管集成而被優(yōu)化的示例性明視覺(jué)濾光器在0°到60°的入射角處的透射光譜1470(0°)和1471(60°)連同標(biāo)準(zhǔn)化明視覺(jué)響應(yīng)曲線1472一起在圖14中被繪出。透射光譜1470和1471與Si₃N₄鈍化層和環(huán)氧樹(shù)脂封裝層匹配。示例性明視覺(jué)濾光器在0°的入射角處的透射光譜1470包括中心波長(zhǎng)在大約555nm處的明視覺(jué)通頻帶。示例性明視覺(jué)濾光器的透射光譜1470在0°到40°的入射角處相當(dāng)好地遵循標(biāo)準(zhǔn)化明視覺(jué)響應(yīng)曲線1472。此外，示例性明視覺(jué)濾光器在0°到60°的入射角處阻擋UV和IR光，并且具有低的角度偏移。有益的是，示例性明視覺(jué)濾光器同樣在環(huán)境上耐用，例如，在125℃的溫度和100％的相對(duì)濕度用96小時(shí)。

在其他實(shí)施例中，傳感器設(shè)備包括多個(gè)傳感器元件和設(shè)置在多個(gè)傳感器元件上的根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)濾光器。通常，將傳感器元件設(shè)置成陣列。換句話(huà)說(shuō)，傳感器元件形成傳感器陣列，諸如光電二極管陣列、CCD陣列、CMOS陣列或者任何其他類(lèi)型的常規(guī)傳感器的陣列。同樣通常將濾光器設(shè)置成陣列。換句話(huà)說(shuō)，濾光器形成濾光器陣列，諸如濾色器陣列(CFA)。優(yōu)選地，傳感器陣列和濾光器陣列是對(duì)應(yīng)的二維陣列，即，鑲嵌圖案(mosaics)。例如，陣列可以是具有行和列的矩形陣列。

通常在這種實(shí)施例中，濾光器基本上相互分離。換句話(huà)說(shuō)，濾光器的外圍一般并不相互接觸。然而，在一些實(shí)例中，濾光器的電介質(zhì)層可能無(wú)意地接觸，而金屬層(具體來(lái)說(shuō)是斜切邊緣)保持相互分離。

通常，多個(gè)濾光器包括具有相互不同的通頻帶的不同類(lèi)型的濾光器。例如，多個(gè)濾光器可以包括濾色器(諸如，紅色、綠色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、黃色和/或品紅色濾光器)、明視覺(jué)濾光器、IR阻擋式濾波器、UV濾光器或者其組合。在一些實(shí)施例中，多個(gè)濾光器包括形成CFA的不同類(lèi)型的濾色器。例如，多個(gè)濾光器可以包括形成RGB濾光器陣列(諸如，拜耳濾光器陣列)的紅色、綠色和藍(lán)色濾光器，諸如圖4A至圖4C中的示例性紅色、綠色、藍(lán)色濾光器。對(duì)于另一示例，多個(gè)濾光器可以包括形成CMY濾光器陣列的藍(lán)綠色、品紅色或者黃色濾光器。

有益的是，不同類(lèi)型的濾光器可以具有彼此數(shù)量不同的金屬層和/或厚度不同的金屬層。在一些實(shí)施例中，不同類(lèi)型的濾光器中的至少兩個(gè)濾光器包括彼此數(shù)量不同的金屬層。在相同的或者其他的實(shí)施例中，不同類(lèi)型的濾光器中的至少兩個(gè)濾光器具有相互不同的金屬層厚度。例如，圖4C中的示例性藍(lán)色濾光器具有與圖4A和圖4B中的示例性紅色濾光器和綠色濾光器數(shù)量不同的金屬層。此外，圖4A到圖4C中的所有示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾色器均具有相互不同的金屬層厚度。

參考圖8，傳感器設(shè)備890的第二實(shí)施例包括多個(gè)傳感器元件811和在多個(gè)傳感器元件811上設(shè)置的多個(gè)濾光器800和804。多個(gè)濾光器800和804包括具有第一通頻帶的第一類(lèi)型的濾光器800以及具有與第一通頻帶不同的第二通頻帶的第二類(lèi)型的濾光器804。例如，傳感器設(shè)備890可以是圖像傳感器，多個(gè)傳感器元件811可以形成CCD陣列，并且多個(gè)濾光器800和804可以形成拜耳濾光器陣列，其中的一行中的僅一部分被示出。第一類(lèi)型的濾光器800可以是綠色濾光器(諸如，圖4B中的示例性綠色濾光器)，并且第二類(lèi)型的濾光器804可以是紅色濾光器(諸如，圖4A中的示例性紅色濾光器)或者藍(lán)色濾光器(諸如，圖4C中的示例性藍(lán)色濾光器)。

迄今為止描述的傳感器設(shè)備的實(shí)施例中的任何實(shí)施例均可以與在環(huán)境上更耐用的一個(gè)或多個(gè)額外的濾光器以及一個(gè)或多個(gè)額外的傳感器元件組合。

因此，在一些實(shí)施例中，傳感器設(shè)備除了根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)或多個(gè)第一傳感器元件上設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)第一濾光器之外，還包括在一個(gè)或多個(gè)第二傳感器元件上設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)第二濾光器。一個(gè)或多個(gè)第二濾光器與一個(gè)或多個(gè)第一濾光器相比在環(huán)境上更耐用。例如，一個(gè)或多個(gè)第一濾光器可以是根據(jù)本發(fā)明的銀-電介質(zhì)濾光器，其中，金屬層由銀或者銀合金組成。第二的一個(gè)或多個(gè)第二濾光器可以是根據(jù)本發(fā)明的鋁-電介質(zhì)濾光器，其中，金屬層由鋁組成?？商鎿Q地，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器可以是常規(guī)的濾光器，諸如，全電介質(zhì)、硅-電介質(zhì)、或者氫化硅-電介質(zhì)濾光器。

在這種實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器與一個(gè)或多個(gè)第一濾光器部分重疊，使得在環(huán)境上更耐用的一個(gè)或多個(gè)第二濾光器保護(hù)性覆蓋環(huán)境上不太耐用的一個(gè)或多個(gè)第一濾光器的外圍。有益的是，這個(gè)重疊布局為一個(gè)或多個(gè)第一濾光器(具體來(lái)說(shuō)是金屬層的斜切邊緣)提供了免受環(huán)境變質(zhì)(諸如，腐蝕)影響的額外保護(hù)。歸因于濾光器側(cè)部的小傾斜以及一個(gè)或多個(gè)第一濾光器的小濾層高度，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)第二濾光器被沉積在基底上和在一個(gè)或多個(gè)第一濾光器的外圍處的傾斜側(cè)部的時(shí)候，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器貼合，這提供了在一個(gè)或多個(gè)第二濾光器中的連續(xù)層。

一個(gè)或多個(gè)第二濾光器在一個(gè)或多個(gè)第一濾光器的外圍處的傾斜側(cè)部(包括金屬層的斜切邊緣)上延伸，優(yōu)選地沿著一個(gè)或多個(gè)第一濾光器的整個(gè)外圍延伸。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器完全覆蓋一個(gè)或多個(gè)第一濾光器的外圍處的傾斜側(cè)部。然而，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器沒(méi)有覆蓋或者遮擋一個(gè)或多個(gè)第一傳感器元件。

通常，一個(gè)或多個(gè)第一濾光器和一個(gè)或多個(gè)第二濾光器具有相互不同的通頻帶。例如，一個(gè)多個(gè)第一濾光器可以是濾色器(諸如，紅色、綠色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、黃色或品紅色濾光器)、明視覺(jué)濾光器、IR阻擋式濾波器或者其組合。具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)或多個(gè)第一濾光器可以是銀-電介質(zhì)濾色器(諸如，圖4A到圖4C中的示例性紅色、綠色和/或藍(lán)色濾光器)、銀-電介質(zhì)明視覺(jué)濾光器(諸如，圖4D中的示例性明視覺(jué)濾光器)或者IR阻擋式濾波器。

一個(gè)或多個(gè)第二濾光器可以例如是UV濾光器或者近IR濾光器或者其組合。具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器可以是鋁-電介質(zhì)UV濾光器(諸如，圖12中的示例性UVA、UVB和/或中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器)或者全電介質(zhì)UV濾光器?？商鎿Q地，一個(gè)或多個(gè)第二濾光器可以是硅-電介質(zhì)或者氫化硅-電介質(zhì)近IR濾光器，諸如，在2014年1月16日公布的Hendrix等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2014/0014838中描述的濾光器。

通常，在這種實(shí)施例中，傳感器設(shè)備是多功能的，并且結(jié)合主要由一個(gè)或多個(gè)第一濾光器和一個(gè)或多個(gè)第二濾光器的通頻帶確定的、具有不同功能的不同類(lèi)型的光學(xué)傳感器。一個(gè)或多個(gè)第一濾光器以及一個(gè)或多個(gè)第一傳感器元件形成了第一類(lèi)型的光學(xué)傳感器，并且一個(gè)或多個(gè)第二濾光器以及一個(gè)或多個(gè)第二傳感器元件形成第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器。例如，第一類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以是包括明視覺(jué)濾光器或者IR阻擋式濾光器的環(huán)境光傳感器、包括一個(gè)或多個(gè)不同類(lèi)型的濾色器的顏色傳感器或者包括多個(gè)不同類(lèi)型的濾色器的圖像傳感器。第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以例如是包括UV濾光器的UV傳感器或者是包括近IR濾光器的接近度傳感器。

參考圖15，傳感器設(shè)備1590的第三實(shí)施例包括第一傳感器元件1511和根據(jù)本發(fā)明的在第一傳感器元件1511上設(shè)置的第一濾光器1500，形成了第一類(lèi)型的光學(xué)傳感器。傳感器設(shè)備1590還包括第二傳感器元件1512和在第二傳感器元件1512上設(shè)置的在環(huán)境上更耐用的第二濾光器1505，形成了第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器。

例如，第一類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以是環(huán)境光傳感器，并且第一濾光器1500可以是銀-電介質(zhì)明視覺(jué)濾光器(諸如，圖4D中的示例性明視覺(jué)濾光器)或者銀-電介質(zhì)IR阻攔式濾波器。第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以例如是UV傳感器，并且第二濾光器1505可以是鋁-電介質(zhì)UV濾光器(諸如，圖12中的示例性UVA、UVB或中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器)或者全電介質(zhì)UV濾光器?？商鎿Q地，第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以是接近度傳感器，并且第二濾光器1505可以是近IR濾光器，諸如，全電介質(zhì)、硅-電介質(zhì)、或者氫化硅-電介質(zhì)近IR濾光器。第一傳感器元件1511和第二傳感器元件1512可以是光電二極管。

具體參考圖15A，第二濾光器1505沿著第一濾光器1500的整個(gè)外圍在第一濾光器1500的傾斜側(cè)部上延伸。由此，第二濾光器1505保護(hù)性覆蓋包括金屬層的斜切邊緣的第一濾光器1500的外圍。

具體參考圖15B和圖15C，第一濾光器1500對(duì)提供給第一傳感器元件1511的光進(jìn)行覆蓋并且濾光。第二濾光器1505對(duì)提供給第二傳感器元件1512的光進(jìn)行覆蓋并且濾光，并且圍繞但不覆蓋第一傳感器元件1511。在圖15B中示出的布局中，第一傳感器元件1511和第二傳感器元件1512在成行的接合焊盤(pán)1513之間成行地被設(shè)置。在圖15C中示出的可替換的布局中，第二傳感器元件1512是環(huán)形的并且圍繞第一傳感器元件1511。

參考圖16，傳感器設(shè)備1690的第四實(shí)施例包括多個(gè)第一傳感器元件1611和根據(jù)本發(fā)明在多個(gè)第一傳感器元件1611上設(shè)置的多個(gè)第一濾光器1600、1604和1606，這形成第一類(lèi)型的光學(xué)傳感器。傳感器設(shè)備1690還包括第二傳感器元件1612和在第二傳感器元件1612上設(shè)置的第二濾光器1605，形成了第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器。

例如，第一類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以是圖像傳感器或者顏色傳感器，并且多個(gè)第一濾光器1600、1604和1606可以是不同類(lèi)型的濾色器，諸如，圖4A到圖4C中的示例性銀-電介質(zhì)紅色、綠色和藍(lán)色濾光器。第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以例如是UV傳感器，并且第二濾光器1605可以是UV濾光器，諸如，圖12中的示例性鋁-電介質(zhì)UVA、UVB或中心波長(zhǎng)為220nm的濾光器?？商鎿Q地，第二類(lèi)型的光學(xué)傳感器可以是接近度傳感器，并且第二濾光器1605可以是近IR濾光器，諸如，全電介質(zhì)、硅-電介質(zhì)、或者氫化硅-電介質(zhì)近IR濾光器。多個(gè)第一傳感器元件1611和第二傳感器元件1612可以形成光電二極管陣列。