FR3140991A1

FR3140991A1 - Filtre optique pour capteur multispectral

Info

Publication number: FR3140991A1
Application number: FR2210453A
Authority: FR
Inventors: Quentin ABADIE; Sandrine VILLENAVE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2024-04-19
Also published as: US20240125992A1

Abstract

Filtre optique pour capteur multispectral La présente description concerne un filtre optique (101) destiné à être disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images (103) comprenant une pluralité de pixels (105), le filtre comprenant, pour chaque pixel, une cavité résonnante (109) comportant une première couche transparente (111), interposée entre des deuxième et troisième couches miroir (113, 115), et un réseau de diffraction (117) formé dans la première couche, dans lequel au moins l’une des cavités présente une épaisseur (T) différente d’une autre cavité. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Filtre optique pour capteur multispectral

La présente description concerne de façon générale les capteurs multispectraux, adaptés à acquérir des images d’une scène dans différentes plages de longueurs d’onde. La présente description vise plus particulièrement un filtre optique pour capteur multispectral, un capteur multispectral comprenant un tel filtre et un procédé de fabrication d’un filtre optique pour capteur multispectral.

Des capteurs multispectraux comprenant une roue à filtres placée en vis-à-vis d’un capteur adapté à acquérir une image pour chaque filtre de la roue ont été proposés. D’autres capteurs multispectraux plus compacts comprenant un seul filtre optique disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images, le filtre étant adapté à transmettre un rayonnement incident majoritairement dans une première plage de longueurs d’onde vers certains pixels du capteur et majoritairement dans au moins une deuxième plage de longueurs d’onde, différente de la première plage de longueurs d’onde, vers d’autres pixels du capteur, ont par ailleurs été proposés.

Ces capteurs multispectraux souffrent toutefois de divers inconvénients. Il serait en particulier souhaitable de disposer de capteurs multispectraux compacts présentant à la fois une large bande spectrale et une résolution élevée.

Un objet d’un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des filtres optiques pour capteur multispectral connus, des capteurs multispectraux connus intégrant de tels filtres et des procédés de fabrication connus de filtres optiques pour capteur multispectral.

Pour cela, un mode de réalisation prévoit un filtre optique destiné à être disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images comprenant une pluralité de pixels, le filtre comprenant, pour chaque pixel, une cavité résonnante comportant une première couche transparente, interposée entre des deuxième et troisième couches miroir, et un réseau de diffraction formé dans la première couche, dans lequel au moins l’une des cavités présente une épaisseur différente d’une autre cavité.

Selon un mode de réalisation, le filtre comprend plusieurs groupes de cavités résonnantes adjacentes de même épaisseur différente de celles des cavités résonnantes faisant partie des groupes de cavités résonnantes adjacents audit groupe.

Selon un mode de réalisation, chaque groupe comprend exactement quatre cavités résonnantes adjacentes de même épaisseur.

Selon un mode de réalisation, le filtre comprend plusieurs ensembles de groupes de cavités résonnantes de même épaisseur non adjacents agencés selon un motif régulier, les cavités résonnantes de chaque ensemble présentant une épaisseur différente de celles des cavités résonnantes des autres ensembles.

Selon un mode de réalisation, chaque cavité résonnante présente une épaisseur différente de celles des cavités résonnantes adjacentes à ladite cavité.

Selon un mode de réalisation, le réseau de diffraction de chaque cavité résonnante présente un facteur de remplissage différent de ceux des réseaux de diffraction des cavités résonnantes adjacentes à ladite cavité.

Selon un mode de réalisation, le réseau de diffraction de chaque cavité résonnante comprend une pluralité de régions en un matériau présentant un indice de réfraction supérieur à celui de la première couche transparente.

Selon un mode de réalisation, chaque région présente une forme de plot.

Selon un mode de réalisation, chaque région présente une forme de bande.

Selon un mode de réalisation, la première couche transparente comprend :
– une première partie en un premier matériau, s’étendant verticalement depuis la deuxième couche miroir jusqu’aux régions ; et
– une deuxième partie en un deuxième matériau, différent du premier matériau, la deuxième partie s’étendant latéralement entre les régions et s’étendant verticalement depuis la première partie jusqu’à la troisième couche miroir.

Un mode de réalisation prévoit un capteur d’images multispectral comprenant un capteur d’images comportant une pluralité de pixels formés dans et sur un substrat semiconducteur et un filtre optique tel que décrit.

Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d’un filtre optique destiné à être disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images comprenant une pluralité de pixels, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) déposer une première couche transparente revêtant une deuxième couche miroir ;
b) former, dans la première couche transparente, un réseau de diffraction ; et
c) déposer une troisième couche miroir revêtant la première couche transparente,
dans lequel la première couche transparente et les deuxième et troisième couches miroir forment, pour chaque pixel, une cavité résonnante, au moins l’une des cavités présentant une épaisseur différente d’une autre cavité.

Selon un mode de réalisation, le réseau de diffraction est formé à partir d’une quatrième couche présentant un indice de réfraction supérieur à celui de la première couche transparente.

Selon un mode de réalisation, la première couche transparente est formée par des dépôts successifs :
– d’une première partie en un premier matériau, s’étendant verticalement depuis la deuxième couche miroir jusqu’au réseau de diffraction ; et
– une deuxième partie en un deuxième matériau, différent du premier matériau, la deuxième partie s’étendant verticalement depuis la première partie jusqu’à la troisième couche miroir.

Selon un mode de réalisation, la troisième couche miroir comprend au moins deux parties en des matériaux différents.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d’autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un exemple d’un capteur d’images multispectral comprenant un filtre optique selon un mode de réalisation ;

les , , , , et sont des vues en coupe illustrant, de façon schématique et partielle, des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication du dispositif de la selon un mode de réalisation ; et

la et la sont des vues en coupe illustrant, de façon schématique et partielle, des étapes successives d’une variante du procédé de fabrication du dispositif de la .

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des photodiodes et des circuits de commande des pixels n’a pas été détaillée, la réalisation de tels pixels étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description.

Sauf précision contraire, lorsque l’on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l’on fait référence à deux éléments reliés (en anglais « coupled ») entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l’intermédiaire d’un ou plusieurs autres éléments.

Dans la description qui suit, lorsque l’on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes « avant », « arrière », « haut », « bas », « gauche », « droite », etc., ou relative, tels que les termes « dessus », « dessous », « supérieur », « inférieur », etc., ou à des qualificatifs d’orientation, tels que les termes « horizontal », « vertical », etc., il est fait référence, sauf précision contraire, à l’orientation des figures.

Sauf précision contraire, les expressions « environ », « approximativement », « sensiblement », et « de l’ordre de » signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

La est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un exemple d’un capteur d’images multispectral 100 comprenant un filtre optique 101 selon un mode de réalisation.

Dans l’exemple représenté, le filtre optique 101 est disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images 103, par exemple un capteur CMOS (de l’anglais « Complementary Metal–Oxide–Semiconductor » - métal-oxyde-semiconducteur complémentaire). Le capteur 103 comprend une pluralité de pixels 105 formés dans et sur un substrat 107, par exemple une plaquette ou un morceau de plaquette en un matériau semiconducteur, par exemple le silicium. Les pixels 105 sont par exemple agencés en matrice selon des lignes et des colonnes. Chaque pixel 105 du capteur 103 présente par exemple, en vue de dessus, une forme rectangulaire ou carrée. Bien que cela n’ait pas été détaillé en , des circuits de commande et de lecture des pixels 105 du capteur 103 peuvent en outre être formés dans et sur le substrat 107. Par ailleurs, bien que seulement six pixels 105 aient été illustrés en , le capteur d’images 103 peut bien entendu comporter un nombre de pixels 105 beaucoup plus important, par exemple plusieurs milliers ou plusieurs millions de pixels 105.

Selon un mode de réalisation, le filtre optique 101 destiné à être disposé en vis-à-vis du capteur d’images 103 comprend, pour chaque pixel 105 du capteur 103, une cavité résonnante 109 comportant une première couche transparente 111, par exemple une couche électriquement isolante, interposée entre des deuxième et troisième couches miroir 113 et 115. La couche 111 est transparente dans la plage de longueurs d’onde de fonctionnement du filtre optique 101. En outre, au moins l’une des cavités 109 du filtre optique 101 présente une épaisseur T différente d’une autre cavité 109. Chaque cavité résonnante 109 présente par exemple, en vue de dessus, une forme rectangulaire ou carrée, par exemple identique à la forme du pixel 105 sous-jacent. En outre, chaque cavité résonnante 109 présente par exemple des dimensions latérales sensiblement égales à celles du pixel 105 sous-jacent.

À titre d’exemple, les cavités résonnantes 109 du filtre optique 101 sont des cavités de Fabry-Perot.

Le filtre optique 101 peut, comme dans l’exemple illustré en , comporter plusieurs groupes de cavités résonnantes 109 adjacentes, les cavités résonnantes 109 d’un même groupe présentant une même épaisseur T, aux dispersions de fabrication près, et étant situées respectivement en vis-à-vis de pixels 105 adjacents du capteur d’images 103. À titre d’exemple, le filtre 101 peut comporter des groupes de quatre cavités résonnantes 109 adjacentes et de même épaisseur T situées respectivement en vis-à-vis de quatre pixels 105 adjacents, le groupe de cavités résonnantes 109 adjacentes présentant par exemple, en vue de dessus, un pourtour de forme sensiblement carrée. L’épaisseur T des cavités résonnantes 109 faisant partie d’un même groupe est différente des épaisseurs T des cavités résonnantes 109 faisant partie des groupes de cavités 109 adjacents au groupe considéré. Les cavités résonnantes 109 d’un même groupe forment par exemple une unique cavité résonnante d’épaisseur T.

À titre de variante, chaque cavité résonnante 109 située en vis-à-vis de l’un des pixels 105 du capteur 103 présente une épaisseur T différente des épaisseurs T des cavités résonnantes 109 situées en vis-à-vis des pixels 105 du capteur 103 adjacents au pixel 105 considéré, c’est-à-dire une épaisseur T différente de celles des cavités résonnantes 109 adjacentes à la cavité considérée. Dit autrement, les cavités résonnantes 109 situées en vis-à-vis de deux pixels 105 adjacents présentent, dans cette variante, des épaisseurs T différentes.

À titre d’exemple, les pixels 105 du capteur 103 présentent des dimensions latérales maximales inférieures à 4 µm, par exemple comprises entre 1 et 2 µm, dans le cas où les cavités résonnantes 109 sont réparties en groupes de cavités adjacentes de même épaisseur T, et comprises entre 4 et 10 µm, par exemple de l’ordre de 5 µm, dans le cas où les cavités résonnantes 109 situées en vis-à-vis de deux pixels 105 adjacents présentent des épaisseurs T différentes.

Le filtre optique 101 peut comporter plusieurs ensembles, par exemple entre deux et dix ensembles, comprenant chacun plusieurs cavités ou groupes de cavités résonnantes 109 non adjacents et de même épaisseur T, aux dispersions de fabrication près. L’épaisseur T des cavités résonnantes 109 faisant partie d’un même ensemble est différente des épaisseurs T des cavités résonnantes 109 faisant partie des autres ensembles. Les cavités résonnantes 109 ou les groupes de cavités résonnantes 109 faisant partie d’un même ensemble sont par exemple agencés selon un motif régulier.

Chaque cavité 109 du filtre 101 est majoritairement résonnante pour une plage de longueurs d’onde d’un rayonnement incident destiné à être transmis vers une zone photosensible du pixel 105 sous-jacent. La plage de longueurs d’onde transmise par chaque cavité résonnante 109 est, entre autres, fonction de l’épaisseur T de la cavité 109 considérée (plus l’épaisseur T de la cavité résonnante 109 est grande, plus la longueur d’onde du rayonnement majoritairement transmis vers le pixel 105 sous-jacent est élevée). Ainsi, le fait de prévoir des cavités résonnantes 109 ou des groupes de cavités résonnantes 109 d’épaisseurs T différentes permet au filtre 101 de transmettre le rayonnement incident dans des plages de longueurs d’ondes différentes et de couvrir une large bande spectrale s’étendant par exemple sur plusieurs centaines de nanomètres dans un cas où les épaisseurs T extrémales sont séparées de plusieurs dizaines de nanomètres.

Selon un mode de réalisation, chaque cavité résonnante 109 du filtre optique 101 comprend en outre un réseau de diffraction 117 formé dans la première couche 111.

Dans l’exemple représenté, le réseau de diffraction 117 de chaque cavité résonnante 109 comprend une pluralité de régions 119 en un matériau différent de celui de la couche transparente 111, les régions 119 étant séparées les unes des autres par des parties de la couche transparente 111. Les régions 119 sont par ailleurs séparées des couches miroir 113 et 115 par d’autres parties de la couche transparente 111.

Chaque région 119 présente par exemple une forme de plot s’étendant verticalement dans l’épaisseur de la couche 111. Les plots peuvent dans ce cas présenter, en vue de dessus, une section de forme quelconque, par exemple circulaire, rectangulaire ou carrée. À titre de variante, les régions 119 peuvent être des bandes parallèles entre elles, s’étendant par exemple latéralement entre deux flancs opposés du filtre optique 101 le long d’une direction orthogonale au plan de coupe de la .

Dans l’exemple représenté, les régions 119 présentent une même hauteur, ou épaisseur, c’est-à-dire une même dimension selon une direction orthogonale aux couches miroir 113 et 115.

Les régions 119 forment par exemple un réseau présentant un pas sensiblement constant sur l’ensemble du filtre 101, le pas du réseau correspondant à une distance centre à centre entre deux plots voisins ou à une distance entre deux lignes médianes de deux bandes voisines. À titre d’exemple, le pas du réseau formé par les régions 119 est de l’ordre d’une centaine ou de plusieurs centaines de nanomètres, par exemple égal à environ 150 nm. Dans l’exemple représenté, le réseau de diffraction 117 de chaque cavité résonnante 109 située en vis-à-vis de l’un des pixels 105 du capteur 103 présente un facteur de remplissage différent des facteurs de remplissage des réseaux de diffraction 117 des cavités résonnantes 109 situées en vis-à-vis des pixels 105 du capteur 103 adjacents au pixel considéré. Dit autrement, les réseaux de diffraction 117 des cavités résonnantes 109 situées en vis-à-vis de deux pixels 105 adjacents présentent des facteurs de remplissage différents. En particulier, dans l’exemple illustré en où le filtre 101 comprend des groupes de cavités résonnantes 109 adjacentes de même épaisseur T, les réseaux de diffraction 117 des cavités résonnantes 109 faisant partie d’un même groupe présentent des facteurs de remplissage différents.

Par facteur de remplissage du réseau de diffraction 117, on entend un rapport entre, d’une part, des surfaces ou des volumes occupés par les régions 119 et, d’autre part, des surfaces ou des volumes occupés par les parties de la couche transparente 111 s’étendant latéralement entre les régions 119.

Dans l’exemple représenté, le réseau de diffraction 117 de chaque cavité résonnante 119 du filtre optique 101 présente, à l’intérieur de la cavité considérée, un facteur de remplissage sensiblement constant. Dit autrement, les régions 119 du réseau de diffraction 117 sont, à l’intérieur d’une même cavité résonnante 109, uniformément espacées les unes des autres et présentent des dimensions latérales sensiblement identiques.

À titre d’exemple, les réseaux 117 sont des réseaux de diffraction à guide d’onde résonnant (« Resonant Waveguide Grating » - RWG, en anglais), ou filtres résonnants à mode guidé.

La plage de longueurs d’onde transmise par chaque cavité résonnante 109 est fonction, outre de l’épaisseur T de la cavité, du facteur de remplissage du réseau de diffraction 117 (plus le facteur de remplissage du réseau 117 est élevé, plus la longueur d’onde du rayonnement majoritairement transmis vers le pixel 105 sous-jacent est élevée). Chaque cavité résonnante 109 présente un indice optique dépendant du matériau de la couche transparente 111, ce matériau étant par exemple identique pour toutes les cavités 109 du filtre optique 101, et du facteur de remplissage du réseau 117 de la cavité considérée. Ainsi, le fait de prévoir des cavités résonnantes 109 dont les réseaux de diffraction 117 présentent des facteurs de remplissage différents permet d’obtenir des indices optiques différents à l’intérieur de ces cavités, donc de transmettre le rayonnement incident dans des plages de longueurs d’ondes différentes.

La présence de cavités résonnantes 109 d’épaisseurs T différentes permet au filtre optique 101 d’accéder à une bande spectrale plus large que celle qui serait obtenue au moyen d’un filtre ne comportant que des réseaux de diffraction 117 présentant des facteurs de remplissage différents. En outre, la présence des réseaux de diffraction 117 présentant des facteurs de remplissage différents permet au filtre optique 101 de présenter une résolution spectrale supérieure à celle qui serait obtenue au moyen d’un filtre ne comportant que des cavités résonnantes 109 d’épaisseurs T différentes, par exemple en raison de limites inhérentes aux procédés de réalisation de cavités d’épaisseurs variables.

Par ailleurs, le fait de prévoir, comme dans l’exemple illustré en , des groupes de cavités résonnantes 109 adjacentes de même épaisseur T mais dont les réseaux de diffraction 117 présentent, à l’intérieur d’un même groupe, des facteurs de remplissage différents permet au filtre optique 101 de bénéficier d’une résolution spatiale supérieure à celle que présenterait par exemple le filtre optique 101 dépourvu des réseaux de diffraction 117, par exemple en raison de limites inhérentes aux procédés mis en œuvre. Ainsi, le fait de combiner, dans le filtre optique 101, des cavités résonnantes 109 d’épaisseurs T différentes et, à l’intérieur des cavités, des réseaux de diffraction 117 présentant des facteurs de remplissage différents permet d’accéder à une bande spectrale plus étendue ou à une résolution supérieure à celle d’un filtre optique ne comportant que l’une ou l’autre de ces caractéristiques.

Le capteur multispectral 100 intégrant le filtre 101 présente avantageusement une compacité supérieure à celle des capteurs multispectraux comprenant une roue à filtres placée en vis-à-vis d’un capteur adapté à acquérir une image pour chaque filtre de la roue tout en présentant par ailleurs une bande spectrale plus large et/ou une résolution plus élevée que les capteurs multispectraux existants comprenant un filtre adapté à transmettre le rayonnement incident dans au moins deux plages de longueurs d’onde différentes.

Dans l’exemple représenté, le capteur 100 comprend en outre une couche de planarisation 121 revêtant la couche miroir 115. La couche 121 permet de compenser les différences d’épaisseur T entre les cavités 109 du filtre 101 afin d’obtenir une face (la face supérieure, dans l’orientation de la ) sensiblement plane. À titre d’exemple, la couche 121 est en un matériau organique, par exemple une résine.

Dans l’exemple illustré en , le capteur 100 comprend en outre une couche de microlentilles 123 revêtant la couche de planarisation 121. Chaque microlentille 123 est disposée en vis-à-vis de l’un des pixels 105 du capteur 103 et permet par exemple de focaliser un rayonnement incident sur une zone photosensible du pixel 105 sous-jacent. Les microlentilles 123 sont par exemple en le même matériau que la couche 121, par exemple en une résine.

À titre de variante, la couche de planarisation 121 peut être omise. Les microlentilles 123 revêtent alors la couche miroir 115, et au moins une des microlentilles 123 est située à une hauteur différente de celle à laquelle est située une autre microlentille 123 du fait de la différence d’épaisseur T entre les cavités 109 du filtre 101.

Les , , , , et sont des vues en coupe illustrant, de façon schématique et partielle, des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication du dispositif 100 de la .

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue de la réalisation du capteur d’images 103, notamment après la formation des pixels 105 dans et sur le substrat 107.

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’étapes successives de dépôt de la couche miroir 113, d’une couche transparente 201, par exemple une couche électriquement isolante, et d’une couche 203 en un matériau différent de celui de la couche transparente 201. Dans l’exemple représenté, la couche miroir 113 revêt une face de la matrice de pixels 105 opposée au substrat 107 (la face supérieure de la matrice de pixels 105, dans l’orientation de la ). La couche miroir 113 est revêtue de la couche transparente 201, elle-même revêtue de la couche 203.

À titre d’exemple, la couche miroir 113 est une couche métallique mince, par exemple une couche d’or, d’argent ou d’aluminium, ou une couche constituée d’un alliage d’un ou plusieurs de ces métaux. À titre de variante, la couche miroir 113 est un miroir de Bragg comprenant un empilement de couches diélectriques présentant des indices de réfraction différents.

À titre d’exemple, la couche transparente 201 est en un oxyde, par exemple le dioxyde de silicium (SiO₂).

La couche 203 est par exemple électriquement isolante et présente un indice de réfraction supérieur à celui de la couche transparente 201. À titre d’exemple, la couche 203 est en nitrure de silicium (SiN), en silicium amorphe, en dioxyde de titane (TiO₂), en alumine (Al₂O₃) ou en pentoxyde de tantale (Ta₂O₅).

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’une étape de structuration, par exemple par photolithographie puis gravure, de la couche 203 de sorte à former les régions 119.

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’étapes successives de dépôt d’une couche transparente 205 et d’une couche 207 en une résine photosensible. Dans l’exemple représenté, la couche transparente 205 comble, ou remplit totalement, tous les espaces libres s’étendant latéralement entre les régions 119 préalablement formées à partir de la couche 203 et revêt les faces des régions 119 opposées à la couche miroir 113 (les faces supérieures des régions 119, dans l’orientation de la ). Cela forme ainsi le réseau de diffraction 117. Dans l’exemple illustré en , la couche 205 est en le même matériau que la couche 201, les couches 201 et 205 formant conjointement la couche transparente 111 précédemment décrite en relation avec la . La couche 207 en résine photosensible revêt la couche 205, c’est-à-dire la couche 111 dans cet exemple.

Une étape de planarisation, par exemple par polissage mécano-chimique (« Chemical and Mechanical Polishing » - CMP, en anglais), de la face supérieure de la couche 205 peut être mise en œuvre préalablement au dépôt de la couche en résine photosensible 207 afin d’en améliorer l’état de surface.

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’une étape d’insolation de la résine photosensible de la couche 207 à travers un masque optique 209 à échelle de gris, puis d’une étape de développement de la résine. Dans l’exemple représenté, le masque 209 comprend plus précisément des trois régions 209-1 (D1), 209-2 (D2) et 209-3 (D3) présentant des taux d’absorption croissants, ou des densités optiques croissantes, à la longueur d’onde du rayonnement utilisé pour l’insolation de la couche de résine 207. Ainsi, la couche 207 est insolée sur une profondeur plus importante, depuis sa face supérieure, dans une partie de la couche 207 située sensiblement à l’aplomb de la région 209-1 du masque 209 que dans une autre partie de la couche 207 située sensiblement à l’aplomb de la région 209-3 du masque 209, encore une autre partie de la couche 207 située sensiblement à l’aplomb de la région 209-2 du masque étant insolée sur une profondeur intermédiaire.

Après développement, la couche de résine photosensible 207 présente, comme dans l’exemple illustré en , une face supérieure en forme d’escalier comprenant des marches présentant chacune, par rapport à la ou aux marches adjacentes, une hauteur comprise par exemple entre 25 et 50 nm.

À titre de variante, on peut prévoir, au lieu de réaliser une photolithographie à travers le masque optique 209 à échelle de gris puis une gravure de la résine ainsi insolée, d’enchaîner successivement plusieurs étapes de photolithographie puis gravure afin d’obtenir les cavités résonnantes 109 d’épaisseurs T variables.

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’une étape de gravure, par exemple une gravure sèche de type RIE (de l’anglais « Reactive Ion Etching » - gravure ionique réactive), des couches 205 et 207 et d’une étape ultérieure de dépôt de la couche miroir 115. Plus l’épaisseur de la couche 207 revêtant la face supérieure de la couche 205 est importante et plus la profondeur de gravure de la couche 205, depuis la face supérieure de la couche 205, est faible. Cela permet de reporter le relief de la face supérieure de la couche 207 sur la face supérieure de la couche 205 et d’obtenir des cavités résonnantes 109 présentant des épaisseurs T différentes.

Dans l’exemple représenté, la couche miroir 115 revêt la face supérieure de la couche 207. La couche miroir 115 présente par exemple une structure et une composition identiques ou similaires à celles de la couche miroir 113. À titre d’exemple, la couche miroir 115 est en un matériau réfléchissant dans toute la plage de longueurs d’onde de fonctionnement du filtre optique 101. À titre de variante, la couche miroir 115 comprend au moins deux parties en des matériaux différents, chaque partie de la couche miroir 115 revêtant une ou plusieurs parties de même épaisseur de la couche 207. Cela permet par exemple de modifier la composition de la couche miroir 115 pour optimiser la réflexion du rayonnement en fonction de l’épaisseur T et du facteur de remplissage du réseau de diffraction 117 de la cavité résonnante 109 considérée.

La et la sont des vues en coupe illustrant, de façon schématique et partielle, des étapes successives d’une variante du procédé de fabrication du dispositif 100 de la .

Cette variante du procédé de fabrication du dispositif 100 comporte par exemple des étapes initiales identiques ou similaires à celles précédemment décrites en relation avec les figures 2A à 2C.

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’une étape de dépôt, du côté de la face supérieure de la structure de la , d’une couche transparente 301 en un matériau différent de celui de la couche 201, par exemple un matériau électriquement isolant. La couche 301 est par exemple en une résine photosensible. Dans l’exemple représenté, la couche transparente 301 comble, ou remplit totalement, tous les espaces libres s’étendant latéralement entre les régions 119 préalablement formées à partir de la couche 203 et revêt la face des régions 119 opposée à la couche miroir 113 (la face supérieure des régions 119, dans l’orientation de la ). Cela forme ainsi un réseau de diffraction 117′ analogue au réseau de diffraction 117.

Dans l’exemple illustré en , les couches 201 et 301 forment conjointement une couche 111′ analogue à la couche 111 précédemment décrite en relation avec la . Dit autrement, la couche 111′ comprend, dans cet exemple :
– une première partie 201 en un premier matériau, s’étendant verticalement depuis la première couche miroir 113 jusqu’aux régions 119 ; et
– une deuxième partie 301 en un deuxième matériau, différent du premier matériau, la deuxième partie s’étendant latéralement entre les régions 119 et s’étendant verticalement depuis la première partie jusqu’à la deuxième couche miroir 115.

La illustre plus précisément une structure obtenue à l’issue d’une étape de photolithographie, à travers un masque à échelle de gris, puis gravure de la couche 301 de sorte à obtenir une face supérieure en escalier analogue à celle obtenue pour la couche 205 à l’issue des étapes précédemment décrites en relation avec la .

Un avantage de la variante illustrée en figures 3A et 3B est qu’elle permet, par rapport au procédé des figures 2A à 2F, d’omettre l’étape de dépôt de la couche transparente 207.

La illustre en outre une étape ultérieure de dépôt de la couche miroir 115 du côté de la face supérieure de la couche 207.

À partir de la structure illustrée en ou en , la couche de planarisation 121 est par exemple déposée du côté de la face supérieure de la couche miroir 115 puis planarisée, par exemple par CMP, de sorte que la couche 121 présente une face supérieure sensiblement plane et parallèle à la couche miroir 113. Les microlentilles 123 peuvent ensuite être réalisées du côté de la face supérieure de la couche de planarisation 121.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, la fabrication du filtre optique 101 dont la couche miroir 115 comprend plusieurs parties en des matériaux différents est à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description.

Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, la personne du métier est capable, à partir de la présente description, de déterminer les épaisseurs T et les facteurs de remplissage des réseaux de diffraction 117 de chaque cavité résonnante 109 en fonction des plages de longueurs d’onde à transmettre vers les pixels 105 du capteur d’images 103 sous-jacent.

Claims

Filtre optique (101) destiné à être disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images (103) comprenant une pluralité de pixels (105), le filtre comprenant, pour chaque pixel, une cavité résonnante (109) comportant une première couche transparente (111 ; 111′), interposée entre des deuxième et troisième couches miroir (113, 115), et un réseau de diffraction (117 ; 117′) formé dans la première couche, dans lequel au moins l’une des cavités présente une épaisseur (T) différente d’une autre cavité.
Filtre selon la revendication 1, comprenant plusieurs groupes de cavités résonnantes (109) adjacentes de même épaisseur (T) différente de celles des cavités résonnantes faisant partie des groupes de cavités résonnantes adjacents audit groupe.
Filtre selon la revendication 2, dans lequel chaque groupe comprend exactement quatre cavités résonnantes (109) adjacentes de même épaisseur (T).
Filtre selon la revendication 2 ou 3, comprenant plusieurs ensembles de groupes de cavités résonnantes (109) de même épaisseur (T) non adjacents agencés selon un motif régulier, les cavités résonnantes de chaque ensemble présentant une épaisseur différente de celles des cavités résonnantes des autres ensembles.
Filtre selon la revendication 1, dans lequel chaque cavité résonnante (109) présente une épaisseur (T) différente de celles des cavités résonnantes (109) adjacentes à ladite cavité.
Filtre selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le réseau de diffraction (117 ; 117′) de chaque cavité résonnante (109) présente un facteur de remplissage différent de ceux des réseaux de diffraction des cavités résonnantes adjacentes à ladite cavité.
Filtre selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le réseau de diffraction (117 ; 117′) de chaque cavité résonnante (109) comprend une pluralité de régions (119) en un matériau présentant un indice de réfraction supérieur à celui de la première couche transparente (111 ; 111′).
Filtre selon la revendication 7, dans lequel chaque région (119) présente une forme de plot.
Filtre selon la revendication 7, dans lequel chaque région (119) présente une forme de bande.
Filtre selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la première couche transparente (111′) comprend :
– une première partie (201) en un premier matériau, s’étendant verticalement depuis la deuxième couche miroir (113) jusqu’aux régions (119) ; et
– une deuxième partie (301) en un deuxième matériau, différent du premier matériau, la deuxième partie s’étendant latéralement entre les régions (119) et s’étendant verticalement depuis la première partie jusqu’à la troisième couche miroir (115).
Capteur d’images multispectral (100) comprenant un capteur d’images (103) comportant une pluralité de pixels (105) formés dans et sur un substrat semiconducteur (107) et un filtre optique (101) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
Procédé de fabrication d’un filtre optique (101) destiné à être disposé en vis-à-vis d’un capteur d’images (103) comprenant une pluralité de pixels (105), le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) déposer une première couche transparente (111 ; 111′) revêtant une deuxième couche miroir (113) ;
b) former, dans la première couche transparente, un réseau de diffraction (117 ; 117′) ; et
c) déposer une troisième couche miroir (115) revêtant la première couche transparente,
dans lequel la première couche transparente et les deuxième et troisième couches miroir forment, pour chaque pixel, une cavité résonnante (109), au moins l’une des cavités présentant une épaisseur (T) différente d’une autre cavité.
Procédé selon la revendication 12, dans lequel, à l’étape b), le réseau de diffraction (117 ; 117′) est formé à partir d’une quatrième couche (203) présentant un indice de réfraction supérieur à celui de la première couche transparente (111 ; 111′).
Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel la première couche transparente (111 ; 111′) est formée par des dépôts successifs :
– d’une première partie (201) en un premier matériau, s’étendant verticalement depuis la deuxième couche miroir (113) jusqu’au réseau de diffraction (117 ; 117′) ; et
– une deuxième partie (301) en un deuxième matériau, différent du premier matériau, la deuxième partie s’étendant verticalement depuis la première partie jusqu’à la troisième couche miroir (115).
Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la troisième couche miroir (115) comprend au moins deux parties en des matériaux différents.