光传感器

本申请要求于2019年12月10日提交的第1914079号法国专利申请的优先权权益，其内容通过引用在法律所允许的最大程度上整体并入于此。

技术领域

本公开总体上涉及电子电路，并且具体地，涉及光传感器及制造这样的传感器的滤波器的方法，尤其是当这样的光传感器被设置以实现对其所接收的光的频谱分析时。

背景技术

允许对接收到的光进行光谱分析的光传感器是已知的。这样的传感器例如使得能够针对待分析的给定量的接收光确定该量的光如何分布在多个波长范围之间。这样的传感器通常包括多个像素，每个像素设置有光接收器或光转换区域，其中像素的光接收器与在给定波长处阻挡光的滤波器相关联，滤波器对于至少一些像素是不同的。

存在对克服上述已知光传感器的全部或部分缺点的光传感器的需求。

本领域中存在克服上述已知光传感器的全部或部分缺点的需求。

发明内容

实施例提供了一种光传感器，包括像素，每个像素包括光转换区域，其中所述像素中的第一像素包括第一法诺谐振滤波器(Fano resonance filter)，并且所述像素中的第二像素不包括法诺谐振滤波器。

根据实施例，所述第一滤波器包括限定在第一介电材料的第一层中的周期性结构。

根据实施例，所述第一滤波器包括第二介电材料的第一层和第二介电材料的第二层，第一介电材料的第一层位于第二介电材料的第一层上并且被第二介电材料的第二层覆盖。

根据实施例，第一介电材料选自由以下项组成的组：非晶碳、非晶硅、氮化硅、未掺杂的多晶硅以及碳化硅，第二介电材料优选为氧化硅。

根据实施例：第一介电材料的第一层与第二介电材料的第一层接触；或者第一滤波器还包括位于第二介电材料的第一层的顶部并且与第二介电材料的第一层接触的第一介电材料的第二层，以及位于第一介电材料的第二层的顶部并且与第一介电材料的第二层接触的介电材料的第三层，介电材料的第三层优选地是第二介电材料，第一介电材料的第一层位于所述第三层的顶部并且与所述第三层接触。

根据实施例，周期性结构具有小于由所述第一滤波器滤波的波长的节距。

根据实施例，第一滤波器是带阻类型的滤波器。

根据实施例，所述像素中的第三像素包括具有与第一滤波器的中心频率不同的中心频率的第二法诺谐振滤波器。

根据实施例，第二滤波器包括第一滤波器的所有层以及限定在第一介电材料的第一层中的周期性结构。

根据实施例，传感器还包括被配置为从所述像素中的每个像素接收输出信号的电路，该输出信号表示在像素照射阶段期间由像素的光转换区域接收的光的量，并且该电路被配置为从第一像素的输出信号以及从第二像素的输出信号确定信息，信息表示在第一滤波器的阻带中的照射阶段期间由传感器接收的光的量。

根据实施例，第一像素还包括被配置为使得光在法线入射下到达第一滤波器的设备。

根据实施例，第二介电材料的第一层位于第一抗反射涂层上和/或位于第二介电材料的第二层上的第二抗反射涂层上。

一种实现模式提供了一种制造方法，该制造方法包括以下步骤：a)形成位于第二介电材料的第一层上的第一介电材料的第一层；b)通过跨一介电材料的第一层的厚度的至少部分来蚀刻第一介电材料的第一层的部分，以在第一介电材料的第一层的部分中限定所述至少一个滤波器的周期性结构，从而形成至少一个法诺谐振滤波器；c)形成第二介电材料的第二层以覆盖第一介电材料的第一层；以及d)通过化学机械抛光平坦化第二介电材料的第二层的暴露表面。

根据一个实施例，方法还包括：在步骤a)之前，形成第一抗反射涂层的步骤，第一抗反射涂层具有位于第一抗反射涂层上的第二介电材料的第一层；和/或在步骤d)中，形成位于第二介电材料的第二层上的第二抗反射涂层的步骤。

根据一个实施例：步骤a)包括形成位于第二介电材料的第一层上的第一介电材料的第二层，然后形成位于第一介电材料的第二层的顶部并且与第一介电材料的第二层接触的介电蚀刻停止层；在步骤a)处，第一介电材料的第一层被形成在蚀刻停止层的顶部并且与蚀刻停止层接触；以及在步骤b)处，第一介电材料的第一层的蚀刻在蚀刻停止层上被停止。

根据一个实施例：在步骤a)处，第一介电材料的第一层位于半导体基底上，该半导体基底具有限定在该半导体基底中的光传感器的像素的光转换区域，所述像素中的至少一个像素旨在包括限定在第一介电材料的第一层中的所述至少一个滤波器，并且所述像素中的至少一个像素旨在不包括被限定于第一介电材料的第一层中的法诺谐振滤波器；或在步骤d)之后，包括在先前步骤形成的层的堆叠被转移到半导体基底上方，半导体基底具有被限定在半导体基底中的光传感器的像素的光敏区域，使得所述像素中的至少一个像素包括限定在第一介电材料的第一层中的所述至少一个滤波器，并且所述像素中的至少一个像素不包括被限定在第一层中的法诺谐振滤波器。

附图说明

将在以下结合附图的特定实施例和实现模式的非限制性描述中详细地讨论本发明的前述和其他特征和优点，其中：

图1是根据实施例的光传感器的一部分的简化截面图；

图2是根据备选实施例的光传感器的一部分的简化截面图；

图3是根据另一备选实施例的光传感器的一部分的简化截面图；

图4是根据又一备选实施例的光传感器的一部分的简化截面图；

图5是根据又一备选实施例的光传感器的一部分的简化截面图；以及

图6是根据又一备选实施例的光传感器的一部分的简化截面图；

图7A-图7B以顶视图和截面图示出了光传感器的法诺谐振滤波器的实施例；

图8A-图8B以顶视图和截面图示出了图7的滤波器的备选实施例；

图9A-图9B以顶视图和截面图示出了光传感器的法诺谐振滤波器的另一个实施例；

图10A-图10B以顶视图和截面图示出了图9A-9B的滤波器的备选实施例；

图11-图15是根据实施例的在制造方法的连续步骤处的结构的截面图；

图16是根据备选实施例的在方法的下一步骤处的图12的结构的截面图；

图17是根据备选实施例的在方法的下一步骤处的图11的结构的截面图；以及

图18是在方法的下一步骤处的图17的结构的截面图。

具体实施方式

在各个附图中，相同的特征已经由相同的附图标记表示。特别地，不同实施例和实现模式所共有的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记表示，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。

为了清楚起见，仅仅示出和详细描述了将被描述的对理解实施例和理解实现模式有用的那些步骤和元件。特别地，其中可以提供光传感器的各种电子系统和应用没有被详细描述，所描述的实施例与这些通常的电子系统和应用兼容。此外，尚未详细说明被配置为产生像素的输出信号的传感器像素的读出电路，该像素的输出信号具有表示由像素的光转换区域接收的光的量的值，所述实施例与通常的读出电路兼容。

除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示没有除导体之外的任何中间元件的直接连接，并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其它元件耦合。

在以下公开中，除非另外指出，否则当涉及绝对位置限定符时，诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等，或相对位置限定符，诸如术语“上方”、“下方”、“高于”、“低于”等，或定向的限定符，诸如“水平”、“竖直”，等等，参考附图中所示的定向。

除非另外指定，否则表达“约”、“近似”、“基本上”和“实质上”以及“大约”表示在±10％内，并且优选地在±5％内。

在以下描述中，称为光传感器的工作波长指在传感器例如能够提供所接收光的光谱分析的波长范围内的波长。在以下描述中，具有在300nm至900nm范围内的工作波长的传感器的情况被认为是示例。

在以下描述中，例如，如果在一波长的光射线在法线入射下命中在具有一材料的1微米厚度的层的时，该射线的至少90％的光功率被该层吸收，并且该射线的小于10％的光功率被层反射和/或透射穿过层，则该材料被称为在该波长吸收。

在以下描述中，当提及第一层位于第二层上时，除非另外指明，否则这意味着第一层直接位于第二层上，然后第一层与第二层接触，或者第一层间接地位于第二层上，然后将一个或多个层位于第一层与第二层之间。

在以下描述中，法诺谐振(Fano resonance)滤波器是使用光学法诺谐振现象的滤波器。在这样的滤波器中，在滤波器的周期性介电结构上的入射光激发由周期性结构的表面支持的受限的表面模式。受限或局部模式干扰由周期性结构的表面反射的光。当局部模式和反射光具有相同的相位时，在局部模式与反射光之间的相长干涉导致反射光峰值，或者换句话说，导致光反射峰值。因此，存在对于入射到滤波器上的光以大于80％或甚至大于90％反射的波长，该波长确定滤波器的中心频率。因此，法诺谐振滤波器表现为带阻滤波器，例如，与等离子体滤波器相反。

法诺谐振滤波器的示例在Yichen Shuai等人的文章“Double-layer Fanoresonance photonic crystal filters”(其在光学快讯卷21，问题21，pp.24582-24589(2013)中公开)，以及在来自Yihen Shen等人的文章“Structural Colors from FanoResonances”中(公布于ACS光子学2015,2,1,27-32中)中被描述(这两篇文章的公开内容通过引用并入本文).

本文公开的光传感器利用法诺谐振滤波器的选择性。更具体地，光传感器包括像素，每个像素设置有光转换区域，其中至少一个像素被设置有具有给定中心频率的带阻法诺谐振滤波器，以及至少另一像素不包括法诺谐振滤波器。因此，当传感器接收待分析的光时，通过将由设置有法诺谐振滤波器的像素的光转换区域接收的光的量与由不包括这种滤波器的像素的光转换区域接收的光进行比较，可以确定表示在一波长范围中待分析的光的比例的信息，该波长范围基本上等于或甚至等于滤波器的阻带。

图1是图示这种光传感器1的实施例的简化截面图，在图1中仅示出了传感器1的一部分。

传感器1包括像素，例如，数十个像素，或者甚至数百个像素，尽管在图1中示出的传感器1的部分仅包括两个像素Pix1和Pix2。

传感器1包括例如由硅制成的半导体基底100。部件和电子电路(图1中未示出)，例如，传感器1的像素的读出电路，被形成在基底100内和/或基底100的顶部，在基底100的前表面102侧上(图1中的基底100的下表面)。基底100还包括后表面104(图1中的基底100的上表面)，后表面104与前表面102相对并且与前表面102基本上平行或甚至与前表面102平行，在该示例中，后表面旨在接收光。

传感器1的每个像素包括光转换区域。每个光转换区域在基底100中、在基底100的前表面102与基底100的后表面104之间(例如从前表面102到后表面104)延伸。传感器1的像素的光转换区域通过电绝缘壁彼此电绝缘，图1中未示出，绝缘壁优选地对于传感器的工作波长是不透明的。绝缘壁横向地界定像素的光转换区域。在图1中，仅示出了相应像素Pix1和Pix2的光转换区域PD1和PD2，并且这些光转换区域PD1和PD2由虚线横向地界定。

滤光结构106(例如)间接地位于基底100上、位于基底100的旨在接收光的表面104上。在图1的示例中，结构106位于层108或绝缘层堆叠108的顶部并且与层108或绝缘层堆叠108接触，(多个)层108位于基底100的表面104的顶部并且与基底100的表面104接触。在未示出的另一实例中，省略(多)层108，并且结构106位于基底100的表面104的顶部并且与基底100的表面104接触。优选地，结构106在传感器1的所有像素上方延伸，然后，每个像素包括结构106的对应部分。

结构106包括由介电材料，或者换言之，电绝缘材料制成的层110。层110的材料例如选自非晶碳、非晶硅、氮化硅、未掺杂的多晶硅(即，非有意掺杂的)和碳化硅。结构106还包括层112和层114，层112和层114在图1中由虚线相对于彼此界定。层112和层114由相同的介电材料制成，该介电材料与层110的介电材料不同。层112和层114的材料例如是氧化硅或氮化硅，优选氧化硅。层110位于层112上并且层114覆盖层110。在一个实施例中，层114还在不存在层110的部分的位置处与层110接触。

在图1的实施例中，层110直接位于层112上。作为示例，层110的厚度然后在10nm至500nm的范围内，例如，等于200nm。

在图1的实施例中，结构106包括具有位于其上的层112的可选的抗反射层或涂层116，然后层112优选地直接位于抗反射涂层116上，或者换句话说，与涂层116接触。

在图1的实施例中，结构106包括位于层114上的可选的抗反射层或涂层118，例如，抗反射涂层118直接位于层114上。

结构106包括一个或多个法诺谐振滤波器，特别是形成像素Pix2的一部分的滤波器F2。滤波器F2被布置在像素Pix2的区域PD2的上方并且与区域PD2相对。

此外，结构106不包括在像素Pix1的区域PD1上方并且与区域PD1相对的法诺谐振滤波器。换句话说，像素Pix1不包括法诺谐振滤波器，例如，与像素Pix2相反。

因此，传感器1包括至少一个像素，例如，像素Pix2，其包括法诺谐振滤波器，以及传感器1包括至少一个像素，例如，像素Pix1，其不包括法诺谐振滤波器。在以下描述中，当像素不包括在结构106中限定的法诺谐振滤波器时，该像素被称为不包括法诺谐振滤波器，并且类似地，当像素包括在结构106中限定的法诺谐振滤波器时，所述像素被称为具有法诺谐振滤波器。

结构106的每个滤波器包括结构106的所有层以及在滤波器的位置处的在层106中限定的周期性结构，亦即，与包括滤波器的像素的光敏区域相对。特别地，像素Pix2的滤波器F2包括在层110中限定的周期性结构，该周期性结构在其光转换区域PD2上方并且与其光转换区域PD2相对。

在图1的实施例中，滤波器F2的周期性结构由穿过层104的整个厚度的开口119限定，其中这些开口的数目可以不同于在图1中所示出的数目。

此外，在图1的实施例中，不包括法诺谐振滤波器的像素Pix1包括结构106的所有层，并且特别是层110。然而，如在图1中所示出的，在像素Pix1的光转换区域PD1上方并且与像素Pix1的光转换区域PD1相对的层110中没有限定周期法诺谐振滤波器结构，或者在像素Pix1的光转换区域PD1上方并且与像素Pix1的光转换区域PD1相对的层110中限定了周期性结构，但是具有不导致法诺谐振的尺寸。

优选地，如图1所示，至少针对设置有法诺谐振滤波器的每个像素，传感器1还包括光学器件，该光学器件被配置为使得到达像素的法诺谐振滤波器的光处于相对于滤波器的法线入射下，亦即，在相对于层114的上表面的法线入射下，或换句话说，在相对于结构106的法线入射下。优选地，不包括法诺谐振滤波器的传感器1的(多个)像素也各自包括这样的光学器件，使得光在法线入射下(亦即，在相对于层114的上表面的法线入射下)到达结构106。光学器件位于结构106上，优选地直接位于结构106上。

在图1的实施例中，对于每个相关像素，特别是像素Pix1和Pix2，光学器件包括：其中会聚透镜被布置在另一个之下的会聚透镜120和122的双合组(doublet)；介电材料的层124，其覆盖透镜双合组的下透镜120并且具有位于其上的透镜双合组的上透镜122；以及由在传感器的工作波长处的吸收材料制成的侧壁126，例如由黑色树脂制成的壁126，壁126至少沿着透镜120的堆叠和材料124的整个高度而横向包围透镜双合组120、122。作为示例，壁126与横向界定像素光转换区域的电绝缘壁(未示出)对准。透镜120和122的焦距以及它们相对于彼此的定位被选择，使得跨过透镜120和122的光在法线入射下到达结构106。

在未示出的备选实施例中，透镜120和122被传感器1外部的会聚透镜的双合组替代，例如，两个外部透镜被布置在封装的开口中，该封装具有被包封或封装在其中的传感器1。在该变型中，可以省略层124和/或壁126。

虽然在图1中未示出，但是传感器1包括在基底100的前表面102的侧上的互连结构，以将形成在其中的电子部件电连接。

在未示出的备选实施例中，传感器1旨在接收基底100的前表面102的侧上的光。在这种情况下，结构106然后位于基底100的表面102上。例如，结构106位于互连结构上，其自身位于基底100的表面102上，并且当它们被设置时，可选的光学器件例如借助于会聚透镜的双合组使得能够获得在相对于结构106法线入射下的光，然后位于结构106上，在结构106的与基底100相对的一侧上。

此外，尽管未示出，但是传感器1包括被配置为至少从像素Pix1和Pix2中的每个像素(优选地从传感器1的每个像素)接收由像素读出电路(未示出)递送的输出信号的处理电路。输出信号表示在照射阶段期间或传感器1的集成期间由像素的光转换区域接收的光的量。

在操作中，传感器1接收待分析的光。

设置有法诺谐振滤波器的传感器1的像素的光转换区域各自接收由传感器的工作波长承载的待分析的光(除了在该像素的法诺谐振滤波器的阻带中的波长之外)。此外，不包括法诺谐振滤波器的传感器1的像素的光转换区域各自接收由传感器1的所有工作波长承载的待分析的光。对于这些像素中的设置有法诺谐振滤波器或者没有法诺谐振滤波器的每个像素，像素读出电路例如将表示由像素接收的待分析的光的量的输出信号递送到传感器1的处理电路。因此，设置有法诺谐振滤波器的像素的输出信号表示由传感器1的工作波长承载的待分析的光的比例(除了该像素的法诺谐振滤波器的阻带中的波长之外)。类似地，不包括法诺谐振滤波器的像素的输出信号表示由传感器1的所有工作波长承载的待分析的光的总比例。

根据光分析实现模式，传感器1(例如，其处理电路)被配置为基于第一像素的输出信号以及基于不包括法诺谐振滤波器的第二滤波器的输出信号，递送表示待分析的光的比例的信号或信息，待分析的光以第一像素的法诺谐振滤波器的阻带的波长承载。为此，例如传感器1，优选地传感器1的处理电路，被配置为从第二像素的输出信号的值减去第一像素的输出信号的值。然后，这样的减法的结果表示由以第一像素的法诺谐振滤波器的阻带波长承载的、待分析的光的比例或量。

优选地，传感器1(例如其处理电路)被配置为在第一像素的输出信号的值与第二像素的输出信号的值彼此相减之前将校正因子应用于第一像素的输出信号的值和/或将校正因子应用于第二像素的输出信号的值。(多个)校正因子例如在传感器1的校准步骤期间被确定，以在第一像素的滤波器的阻带之外，反映穿过结构106的属于第一像素的部分与穿过结构106的属于第二像素的部分的光的透射的差异，和/或反映在第一像素与第二像素的光转换区域之间的可能的表面积差异。(多个)校正因子可以(例如)被记录于传感器1的存储器(优选非易失性存储器)中。此外，这样的校正因子的确定在本领域技术人员的能力范围内。

优选地，传感器1，例如其处理电路，被配置为通过不包括法诺谐振滤波器的第二像素的输出信号的值来将第一像素和第二像素的输出信号的值归一化。在将校正因子应用于第一像素的输出信号的值和/或将校正因子应用于第二像素的输出信号的值之后，可以实施此归一化步骤，或者可以紧接着将校正因子应用于第一像素的归一化输出值和/或将校正因子应用于第二像素的归一化输出值。校正因子例如是如先前所描述的那样被确定。

作为说明，例如，将传感器1的最小工作波长称为λmin、将传感器1的最大工作波长称为λmax、将滤波器F2的阻带的下部波长(例如，滤波器F2的-3dB处的阻带的下部波长)称为λminF2，以及将滤波器F2的阻带的上部波长(例如，滤波器F2的-3dB处的阻带的上部波长)称为λmaxF2，像素Pix2的光转换区域接收具有在从λmin到λminF2的范围内以及在从λmaxF2到λmax的范围内的波长的待分析的光，而像素Pix1的光转换区域接收具有在从λmin到λmax的范围内的波长的待分析的光。因此，像素Pix2的输出信号表示由像素Pix2的光转换区域接收的对于波长在从λmin到λminF2的范围内以及在从λmaxF2到λmax的范围内的待分析的光的量，像素Pix1的输出信号表示由像素Pix1的光转换区域接收的对于波长在从λmin到λmax的范围内的待分析的光的量。然后，传感器1(例如，其处理电路)例如通过从像素Pix1的输出信号的值减去像素Pix2的输出信号的值来递送表示由传感器接收的待分析的光的比例的信息，待分析的光的部分通过在从λminF2到λmaxF2的范围内的波长承载。

作为应用的示例，当传感器包括多个像素时，每个像素设置有被限定在结构106中的法诺谐振滤波器，并且法诺谐振滤波器具有不同的阻带，传感器1例如用于获得表示在不同波长之间的光谱光分布的信息，每个波长对应于法诺谐振滤波器的阻带。传感器1然后形成环境光传感器(ALS).

根据能够被独立地使用或与上述实现模式组合使用的另一种光分析实现模式，提供了传感器1的校准步骤。

在校准步骤期间，用不同类型的光相继照射传感器1，亦即，利用具有不同光谱的光，例如，蓝光、自然光、由屏幕发射的光、白炽光、荧光、卤素光、源自限定光源的已跨过已知样本的光，源自限定光源并且已经由已知样品反射的光等。对于每种类型的光，传感器1(例如其处理电路)被配置为(优选地将在这些值与不包括滤波器的像素的输出信号的值的归一化步骤之后)将像素的输出信号的所有值存储在传感器1中，例如存储在传感器1的(优选的地非易失性)存储器中。每组所存储的值形成表示所接收到的光的类型的像素的输出值的映射。

在传感器1接收待分析的光的后续步骤期间，针对待分析的光获得的像素的所有输出值(优选地如先前所描述被归一化)形成表示所接收光的类型的像素的输出值的映射。然后，通过传感器1(例如，通过其处理电路)将该映射与在校准步骤期间存储在传感器1中的映射进行比较，以确定待分析的接收光的类型，或者甚至在光透射通过待分析的样本或由待分析的样本反射的情况下，确定样品的成分。作为实例，传感器1(例如，其处理电路)被配置为计算表示在针对待分析的光获得的像素的输出值与在校准阶段期间存储的像素的输出值的映射中的每个映射之间的差的信息，然后将接收到的光的类型标识为与在校准阶段期间获得的一映射的光的类型相对应，其中对于该映射，上述差最小，或者至少被认为非常接近与在校准阶段期间获得的一映射的光的类型相对应，其中对于该映射，这样的差最小。

传感器1的优点是它可以包括数十或甚至数百个具有不同中心频率的法诺谐振滤波器，这使得能够在数十个或甚至数百个的波长范围内分析光。

传感器1的另一个优点是，与法诺谐振滤波器的阻带相对应的每个光分析波长范围是窄的，并且具有例如小于或等于10nm的宽度或延伸。

可以设计成通过使用多层干涉式滤波器而非法诺谐振滤波器来形成光传感器。然而，当传感器1旨在分析数十或甚至数百种波长范围内的光时，与传感器1的制造相比，使用多层干涉式滤波器而非法诺谐振滤波器来形成的传感器的制造更加复杂、更久并且更昂贵。

还可以设计成通过使用等离子体滤波器而不是法诺谐振滤波器来形成光传感器。然而，等离子体滤波器具有低的光谱选择性，并且这样的传感器将不能够分析窄波长范围内的光，这与传感器1所允许的相反。

此外，使用具有等离子体滤波器的光滤波器来分析相对远离彼此的至少两个波长范围上的光(例如，两个波长范围通过具有400nm宽度的波长范围彼此分开)会引起问题。实际上，由于在两个分析范围之间的距离，使得能够分析两个范围中的一个范围中的光的等离子体滤波器的金属与能够分析两个范围中的另一个范围中的光的等离子体滤波器的金属不同。这使得等离子体滤波器传感器及其制造相比于传感器1更复杂并且更昂贵。

图2是图示传感器1的备选实施例的简化截面图。更具体地，图2示出了根据该备选实施例的传感器10的仅一部分，传感器10的所示部分对应于在图1中示出的传感器1的部分。本文仅详述了在传感器1与传感器10之间的结构和可能的功能差异。

图2的传感器10与图1的传感器1的不同之处仅在于形成法诺谐振滤波器的方式。更具体地，与其中法诺谐振滤波器的周期性结构由开口119跨层110的整个厚度穿过层110而形成的图1的传感器1相比，在图2的备选实施例中，法诺谐振滤波器的周期性结构由不跨层110的整个厚度穿过层110的开口或腔体119'形成。例如，如图2所示，对于滤光片F2，开口119'从层110的旨在接收光的表面穿透到层110中，或者换句话说，从与布置在基底100的侧上的层110的表面相对的层110的表面穿透到层110中。作为示例，开口119'穿透到层110中并且跨其厚度的基本上一半，例如横跨其厚度的一半。作为示例，在该备选实施例中，层110具有与在图1的实施例中相同的厚度。

设置不跨层110的整个厚度穿过层110的开口119'，例如，开口119'仅跨110厚度的一半穿透到层110中，使得能够相对于图1的情况而降低可能的寄生谐振。

图3是图示传感器1的另一备选实施例的简化截面图。更具体地，图3示出了根据该另一备选实施例的传感器20的仅一部分，传感器20的所示出部分对应于在图1中示出的传感器1的部分。本文仅详述了传感器1与传感器20之间的结构和可能的功能差异。

图3的传感器20与图1的传感器1的不同之处仅在于形成法诺谐振滤波器的方式。更具体地，与图1的传感器1相比，在层110直接位于层112上的情况下，在图3的备选实施例中，结构106还包括由与层110相同的材料制成的层130以及由介电材料制成的层132，使得层110可以在层132之上被选择性地蚀刻。作为示例，层132由与层112和114相同的材料制成。作为示例，层132的厚度在从2.5nm到15nm的范围内，例如，等于5nm。作为示例，在图3的备选实施例中，层110的厚度基本上等于或甚至等于图1的实施例的层110的厚度的一半。作为示例，层130的厚度基本上等于或甚至等于层110的厚度。

层110直接位于层132上，层132自身直接位于层130上，然后层130直接位于层112上。然后，穿过层110的整个厚度的开口119暴露在层132上，或作为变型，当移除在开口119的底部处的层132的部分时，开口119出现在层130上。

设置由与层110相同的材料制成的层130，例如，具有与层110相同的厚度，使得能够减少关于图1的情况的可能的寄生谐振。

根据图2和图3的备选实施例实现的法诺谐振滤波器在滤波器的主阻带之外具有较少的次级峰值或阻带，阻带基本上以滤波器的中心频率为中心。换句话说，根据图2和图3的备选实施例的法诺谐振滤波器比根据图1的实施例的法诺谐振滤波器更具选择性。此外，由于层132被用作开口119的蚀刻停止层的事实，图3的备选实施例的法诺谐振滤波器比图2的变型的滤波器更简单。

图4是图示传感器1的又一备选实施例的简化截面图。更具体地，图4示出了根据该另一备选实施例的传感器30的仅一部分，传感器30的所示部分对应于在图1中示出的传感器1的部分。本文仅详述了传感器1和传感器30之间的结构和可能的功能差异。

图4的传感器30与图1的传感器1的不同之处仅在于结构106被实现在不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域之上的方式，(例如针对像素Pix1)。更具体地，与图1的传感器1相比，结构106的层110存在于每个像素的光转换区域之上，即使当像素(如同像素Pix1)在图4的变型中不包括法诺谐振滤波器，层110在每个不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域之上被中断。换句话说，层110的一部分已在每个不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域上方被移除。亦换言之，开口134被设置为穿过层110的整个厚度，在每个不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域上方并且与每个不包括法诺谐振滤波器的像素相对，开口134的尺寸在俯视图中至少等于或甚至大于像素的光转换区域的尺寸。

图4的备选实施例与图2和图3的实施例兼容。特别地，在结构106包括如关于图3所描述的层130和132的情况下，层130和/或层132可以以与层110相同的方式被中断，在每个不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域上方被中断。

图5是图示传感器1的又一备选实施例的简化截面图。更具体地，图5示出了根据该另一备选实施例的传感器40的仅一部分，传感器40的所示部分对应于在图1中示出的传感器1的部分。本文仅详述了传感器1和传感器40之间的结构和可能的功能差异。

在该变型中，除了根据所考虑的像素的而设置有或不具有法诺谐振滤波器结构的106之外，传感器40的至少某些像素还包括附加滤波器136(或滤波结构136)。附加的滤波器例如是类似于已经描述的滤波器F2的法诺谐振滤波器、多层干涉滤波器、等离子体滤波器或包含着色树脂的滤波器。附加的滤波器136(优选地直接)位于结构106上，并且更具体地位于结构106的层114上。

在操作中，传感器40(例如，其处理电路)，然后优选地被配置为基于在结构106中包括法诺谐振滤波器的像素的输出信号，以及基于在结构106中不包括法诺谐振滤波器但是设置了与包括法诺谐振滤波器的像素的滤波器136相同的滤波器136的像素的输出信号，来递送表示由法诺谐振滤波器的阻带中的波长承载的光的比例的信息。

作为示例，在图5中，像素Pix1和像素Pix2各自包括由相同的着色树脂制成的滤波器136。因此，像素Pix1的光转换区域PD1仅接收在传感器40的工作波长的子范围中的待分析的光，该子范围由着色树脂的滤波特性限定，并且像素Pix2的光转换区域PD2仅接收在除了法诺谐振滤波器F2的阻带的波长之外的在该波长子范围中的待分析的光。传感器40(例如，其处理电路)例如被配置为基于如关于图1描述的像素Pix1和Pix2的输出信号来递送表示由滤波器F2的阻带中的波长承载的待分析的光的比例的信息。由于由像素的光转换区域接收的光的波长范围比不存在滤波器136的情况更窄，设置滤波器136使得能够改善用滤波器136覆盖的像素的输出信号的信噪比。

如图5所示，在结构106覆盖有滤波器136的情况下，在可选的抗反射涂层118被设置时，可选的抗反射涂层118位于滤波器136上，并且因此不形成结构106的一部分。

图5的备选实施例与诸如关于图2、图3和图4所描述的结构106的备选实施例兼容。

图6为图示传感器1的另一备选实施例的简化截面图。更具体地，图6示出了根据该另一备选实施例的传感器50的仅一部分，传感器50的所示部分对应于在图1中示出的传感器1的部分。本文仅详述了传感器1和传感器50之间的结构和可能的功能差异。

图6的传感器50与图1的传感器1的不同之处仅在于被配置为使得待分析的光在法线入射下到达结构106的方式被实现的方式。更具体地，在图6中，在每个相关像素中，特别是在像素Pix1和Pix2中的每个像素中，光学器件不包括透镜120和122，并且进一步地，侧壁126具有足够的高度以用于使待分析的光穿过开口138而在法线入射下到达结构106，该开口138由壁126横向界定并且布置在像素的光转换区域上方，并且开口138与像素的光转换区域相对。确定壁126的高度以获得这样的法线入射将在本领域技术人员的能力范围内。

在图6所示的示例中，层124填充每个开口138。尽管它可以被省略，但是层124的存在为传感器50设置了更好的机械抗性。

该备选实施例与关于图2、图3、图4和图5描述的备选实施例兼容。

传感器10、20、30、40和50的操作类似于图1的传感器1的操作，并且将不再描述。

此外，传感器10、20、30、40和50至少受益于与图1的传感器1相同的优点。

图7A图示了传感器1、30、40和50的法诺谐振滤波器(例如滤波器F2)的实施例的顶视图，并且图7B示出了传感器1、30、40和50的法诺谐振滤波器(例如滤波器F2)的实施例的截面图。图7B是沿着图7A的平面BB的截面图，并且层114和可选的抗反射涂层118未在图7A中示出。

在此实施例中，滤波器F2的周期性结构对应于层110的材料的填料140的周期性重复，每个填料140由层110中的对应开口119横向限定。更确切地说，填料140在彼此正交且平行于层110的上表面的平面的两个方向上以节距P(图7A)重复。在此示例中，填料140在俯视图中具有圆形形状，或换句话说，对应于层110的材料的圆柱体。在本示例中，填料140在平行于层110的上表面的平面的平面中具有对应于填料140的直径的特性尺寸M(图7A)。在未示出的其他示例中，填料140在顶视图中可以具有除圆形形状之外的其他形状，例如具有边长M的正方形的形状。

虽然图7A-图7B示出了仅包括16个填料140的滤波器F2，但是实际上，滤波器F2可以包括更大数目的填料140，例如，数十、数百或甚至数千个填料140。

图8A图示了图7A-图7B的滤波器F2的备选实施例的俯视图，并且图8B示出了图7A-图7B的滤波器F2的备选实施例的截面图。图8B是沿着图8A的平面BB的截面图，并且层114和可选的抗反射涂层118未在图8A中示出。

在该备选实施例中，滤波器F2的周期性结构对应于层110中的开口119的周期性重复。更确切地，以彼此正交并且平行于层110的上表面的平面的两个方向以节距P(图8A)重复开口119。在此实例中，开口119在俯视图中具有圆形形状，或换句话说，对应于穿过层110的圆柱形孔。开口119在平行于层110的上表面的平面的平面中具有在本示例中对应于开口119的直径的特征尺寸M(图8A)。在未示出的其它实例中，开口119在俯视图中可以具有除圆形形状之外的其它形状，例如具有边长M的正方形的形状。

尽管图8A-图8B示出了仅包括16个开口119的滤波器F2，但是实际上，滤波器F2可以包括大得多的开口119，例如，数十个、数百个或甚至数千个开口119。

图9A示出了顶视图，并且图9B示出了传感器1的滤波器F2的另一个实施例的截面图。图9B是沿着图9A的平面BB的截面图，并且层114和可选的抗反射涂层118未在图9A中示出。

在该实施例中，滤波器F2的周期性结构对应于环形、优选圆形和同心条带142，条带142由层110的材料制成。条带142以节距P(图9A)相对于彼此分布并且通过开口119而彼此分离，开口119本身也是环形且同心的。条带142在平行于层110的上表面的平面的平面中具有对应于其宽度的特征尺寸M(图9A)。

尽管图9A-9B示出了仅包括2条条带142的滤波器F2，但是实际上，滤波器F2包括更大数目的条带142，例如至少十个条带142，优选数十、数百或甚至数千个条带142。

图10A示出了图9A-图9B的滤波器F2的备选实施例的俯视图，并且图10B示出了图9A-图9B的滤波器F2的备选实施例的截面图。图10B是沿着图10A的平面BB的截面图，并且层114和可选的抗反射涂层118未在图10A中示出。

在该备选实施例中，滤波器F2的周期性结构对应于环形、优选圆形和同心的开口119。开口119以节距P(图10A)相对于彼此分布，并且通过层110的部分彼此分隔，层110的部分本身也是环形的和同心的。开口119在平行于层110的上表面的平面的平面中具有对应于其宽度的特征尺寸M(图10A)。

尽管图10A-图10B示出了仅包括两个开口119的滤波器F2，但是实际上，滤波器F2包括更大数目的开口119，例如至少十个开口119，优选数十、数百或甚至数千个开口119。

在开口119跨层110的情况下，关于图7A-7B、8A-8B、9A-9B和10A-10B描述的滤波器可以适用于其中结构106包括附加层130和132(图3)的备选实施例，或者，适用于其中开口119被开口119'(图2)代替的备选实施例中，开口119'在顶视图中具有与被它们所代替的开口119的相同的形状，但是开口119'不跨层110。

在以上关于图7A-7B、8A-8B、9A-9B和10A-10B描述的法诺谐振滤波器的各种实施例和变型中，滤波器的中心频率至少部分地由周期性结构的节距P确定，并且还至少部分地由尺寸M确定，这种确定将在本领域技术人员的能力范围内，对于给定的介电材料，节距P和尺寸M使得能够获得具有期望的中心频率的法诺谐振滤波器。为此，本领域技术人员可以使用计算机辅助模拟软件，诸如以商品名Lumerical指定的软件。优选地，对于具有给定中心频率的法诺谐振滤波器，节距P小于对应于该中心频率的波长。

作为示例，参考图8A-8B的滤波器F2，具有氧化硅层112和114、氮化硅层110以及对于层110的100nm厚度，发明人已经获得的滤波器F2具有：当P和M分别等于210nm和140nm时介于350nm和355nm之间的中心频率；当P和M分别等于240nm和160nm时介于395和400nm之间的中心频率；当P和M分别等于270nm和180nm时介于435nm和440nm之间的中心频率；当P和M分别等于300nm和200nm时介于480nm和485nm之间的中心频率；当P和M分别等于330nm和220nm时介于520nm和525nm之间的中心频率；当P和M分别等于360nm和240nm时介于565和570nm之间的中心频率；当P和M分别等于390nm和260nm时介于605nm和610nm之间的中心频率；以及当P和M分别等于420nm和280nm时介于650nm和655nm之间的中心频率。

图11至图15是示出制造诸如关于图1所描述的结构106的方法的实现模式的连续步骤的截面图，并且更具体地示出了包括滤波器F2的在图1中示出的结构106的部分的连续步骤。

在图11中，该结构包括层112，并且在所图示的实现模式中，可选的抗反射涂层116覆盖层112的下表面。

根据一个实施例，层112被形成(例如，沉积)在基底100上(未示出，参见例如图1)。例如，涂层116被形成在基底100上，或者当存在层108时，图层116被形成在层108上，在此之后，层112被形成(例如，沉积)在涂层116上。在未设置涂层116的情况下，层112被形成(例如，沉积)在基底100上或当存在层108时层112被形成沉积在层108上。

根据另一实施例，层112被形成(例如，沉积)在临时支撑件(未示出)(例如，硅基底)上。例如，涂层116被形成在临时支撑件上，在此之后层112被形成(例如，沉积)在涂层116上。在没有设置涂层116的情况下，层112形成(例如，沉积)在临时支持体上。

在图12中，层110被形成(例如，沉积)在层112上，以覆盖层112。更具体地，层110被形成在层112的整个暴露表面上，亦即，例如，根据情况与层112的与涂层116、层108、基底100或临时支撑件接触的表面相对的层112的表面。

在图12所示的实施例中，层110直接形成在层112上并且因此位于层112的顶部上并且与层112接触。

在图13中，通过在滤光片F2的位置处蚀刻在层110中的开口119来在层110中限定滤光片F2的周期性结构。

在该步骤中，与开口119的蚀刻同时，一个或多个开口134(图4)可以被蚀刻穿过层110的整个厚度，结构106的每个部分的水平旨在高于不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域，例如，在图4中的像素Pix1的情况下，其中开口134在区域PD1上方被蚀刻。开口134具有横向尺寸，使得在其中不发生法诺谐振，例如，横向尺寸大于传感器的工作波长。

在图14中，层114被形成(例如，沉积)在层110上，以完全覆盖层110以及填充开口119。然后通过化学机械抛光或CMP平坦化层114的暴露表面(这里是层114的上表面)。在CMP步骤期间，可以移除层114的厚度的一部分，使得层114具有期望的厚度。

在未示出的可选实施例中，在图12的步骤处，用由层112的材料制成的第一层的沉积来替换层110的沉积，然后在图13的步骤中，通过在第一层中蚀刻来限定与开口119互补的填料。在图14的步骤中，层110被沉积以填充在第一层中的开口，然后将其向下移除到第一层的上表面的水平，在此之后沉积层114。在这种情况下，在第一层中限定的填料在层110中形成开口。

在图15中，可选的抗反射涂层118形成(例如，沉积)在层114的整个平坦化表面上。

在示出的实施例中，涂层118直接形成在层114上，并且获得诸如关于图1所描述的结构106。

在未示出的备选实现模式中，在可选的涂层118的形成之前，可以在层114上直接形成滤波结构136(图5)。在这种情况下，可选的涂层118(当其被设置时)随后在后续步骤处被形成在滤波结构136上，并且不形成滤波结构106的一部分。

被配置为使得在每个像素中的光在法线入射下到达结构106的光学器件可以在本领域的技术人员的能力内的后续步骤期间(例如，通过形成透镜120、通过沉积层124、通过平面化层124、通过在壁126的位置处蚀刻沟槽，通过沉积一层壁126的材料以填充沟槽并在其中形成壁，或通过形成透镜124)而形成。

在其中层112被形成在临时支撑件上的实施例中，可以提供移除临时支撑件的步骤，其后跟着将结构106转移到基底100上的步骤，结构106可能地覆盖有滤波结构136和/或使光能够在法线入射下获得到达结构106的光学器件。作为变型，例如通过被保持在具有封装在其中的基底100的封装的开口中，可以将剥夺其临时支撑件的结构106布置在基底100上方。

图16是根据备选实施例的在方法的下一步骤处的图12的结构的截面图，其中滤波器F2包括开口119'(图2)而不是开口119。

因此，在图16中，不是跨层110的整个厚度蚀刻开口119，而是仅跨层110的厚度的一部分在层110中蚀刻开口或腔体119'。然后，蚀刻是定时蚀刻，其在预定时间段结束时停止，从而能够获得具有期望深度的开口119'。

类似于关于图13所描述的，与开口119'同时，可以设置蚀刻类似于结合图4描述的开口134的开口，该开口具有与开口119'相同的深度，并且因此不跨层110的整个厚度穿过层110。

该方法随后进行以下步骤的实现：关于图14和15描述的步骤、形成附加滤波结构136的可能步骤、形成允许光在结构106上的法线入射的光学器件的可能步骤、以及可能的转移步骤。

图17是根据备选实施例的在方法的下一步骤处的图11的结构的截面图，其中结构106包括附加层130和132(图3)。

因此，在图17中，在形成层110之前，层130和132已经形成(例如，沉积)在层112上。层110已经形成(例如，沉积)在层132上。更具体地，层130被形成为完全覆盖层112的整个表面，然后层130位于层112的顶部上并且与层112接触。然后形成层132以完全覆盖层130的上表面，然后层132位于层130的顶部上并且与层130接触。然后，层110被形成为完全覆盖层132的上表面，然后层110位于层132的顶部上并且与层132接触。换句话说，层110直接位于层132上，并且间接地位于层112上。

图18是在该方法的下一步骤处的图17的结构的截面图。

在图18中，通过在滤光片F2的位置处蚀刻层110中的开口119来在层110中限定滤光片F2的周期性结构。在蚀刻开口119期间，开口119跨层110的整个厚度穿过层110，层132被用作蚀刻停止层。一旦开口119已被蚀刻，在开口119的底部处暴露的层132的部分可以被留在原位，或接着在下一蚀刻步骤期间被移除。能够蚀刻开口119并且可能地蚀刻层132的暴露部分的掩模的实现方式在本领域的技术人员的能力内。

类似于已经结合图13描述的，与层132的可能的暴露部分以及开口119的蚀刻同时，在结构106的每个部分的水平处，开口134可以蚀刻穿过层110，并且开口134可以在旨在不包括法诺谐振滤波器的像素的光转换区域上方蚀刻穿过层132，例如图4中的像素Pix1的情况。

该方法随后进行关于图14和图15描述的步骤、形成附加滤波结构136的可能步骤、形成允许光在结构106上的法线入射的光学器件的可能步骤、以及可能的转移步骤的实现。

以上已经描述了滤波结构106的实施例和备选实施例，同时仅描述该结构106的部分，该部分具有包括旨在用于像素Pix2的法诺谐振滤波器F2的一部分，并且具有不包括法诺谐振滤波器并且旨在用于像素Pix1的另一部分。实际上，结构106可以包括任何非零数目的部分，每个部分旨在用于对应的像素并且包括像素的法诺谐振滤波器，以及任何非零数目的部分，每个部分旨在用于对应的像素并且不包括法诺谐振滤波器。通过实施结合图11至图18描述的方法，这样的包括或不包括带阻谐振滤波器的部分被同时制造。

此外，当结构106包括多个法诺谐振滤波器时，所有这些滤波器优选地具有相同的周期性结构，可能地具有不同的尺寸M和节距P，并且因此具有不同的中心频率。然而，没有额外的步骤也是可能的，以设置结构106的滤波器以具有不同的周期性结构，例如，使一个滤波器具有关于图8描述的结构，并且使另一个滤波器具有关于图10描述的结构。

已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例、实现模式和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。

最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例、实现模式和变型的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。特别地，根据由传感器接收的光的分析的波长范围的量，本领域技术人员将在本领域技术人员的能力范围内确定不同的法诺谐振滤波器的量以及这些滤波器中的每个滤波器的节距P和尺寸M。

这样的改变、修改和改进旨在是本公开的一部分，并且旨在在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是示例性的，而且不旨在进行限制。本发明仅由所附权利要求及其等同物限定。