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EP3140686A1 - Dispositif de filtrage optique comportant des cavites fabry-perot a couche structuree et d'epaisseurs differentes - Google Patents

Dispositif de filtrage optique comportant des cavites fabry-perot a couche structuree et d'epaisseurs differentes

Info

Publication number
EP3140686A1
EP3140686A1 EP15720711.9A EP15720711A EP3140686A1 EP 3140686 A1 EP3140686 A1 EP 3140686A1 EP 15720711 A EP15720711 A EP 15720711A EP 3140686 A1 EP3140686 A1 EP 3140686A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
fabry
semi
filters
structured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15720711.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Frey
Bruno Mourey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3140686A1 publication Critical patent/EP3140686A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
    • G02B5/288—Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/25—Fabry-Perot in interferometer, e.g. etalon, cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging

Definitions

  • the invention relates to an optical filtering device comprising interference filters with Fabry-Perot cavities, advantageously used in the field of multispectral or hyperspectral imaging.
  • An image sensor conventionally comprises a matrix of filters centered on wavelengths that are different from one another.
  • this filter matrix corresponds to a Bayer matrix formed by red, green and blue filters that allow the colorimetry of the scene to be reconstructed.
  • These filters consist of colored resins and pixelated directly on the sensor.
  • filters are also organized in matrix but are present in greater numbers (typically 5 to 10 or more), so as to detect the spectral signature of objects in a scene.
  • the information rendered by this type of camera is richer and the applications are numerous in industrial vision, in the military or environmental field, for example for the detection of gas.
  • the filters are not made with colored resins, in particular because it is difficult to obtain resins centered on wavelengths other than those of the red, green and blue colors, and also because the spectral responses of the resins are too wide compared to those sought for the filters of a hyperspectral camera.
  • An interference filter wheel disposed in front of the sensor, and therefore not integrated therewith, is for example used in a hyperspectral camera. At each acquisition, a different filter is arranged in front of the sensor. The different acquisitions made are then combined to obtain the final image.
  • the wavelength filtering can be carried out by interference filters of the Fabry-Perot type, or Fabry-Perot cavity filters.
  • the principle of such filters is, for example, described in HA MacLeod's book "Thin film optical filters II I", Institute of Physics Publising, London, 2001, pages 260-263.
  • a Fabry-Perot cavity comprises two semi-reflective layers, or semi-reflecting mirrors, arranged facing one another and between which there is a refractive index medium, or optical index, n, for example a layer of refractive index material n.
  • the incident light is reflected by the filter for all wavelengths, except for a discrete set of wavelengths that are transmitted out of the filter.
  • the optical path traveled by the light during a round trip in the Fabry-Perot cavity is a multiple of 2 ⁇ .
  • these wavelengths, or central wavelengths of the spectral responses of the filters are therefore a function of the refractive index n and of a thickness d of the layer of material lying between the two semi-layers. -réflectrices.
  • the central wavelengths X m a ux different orders m of the Fabry-Perot cavity are defined by the following equation:
  • the layers of material lying between the semi- Reflectors are amorphous silicon or Si0 2 .
  • the semi-reflective layers consist of stacks of alternating layers of amorphous silicon and Si0 2 common to all the filters.
  • the lower part of the visible range ie the wavelengths between about 400 nm and 600 nm, is inaccessible for these filters because of the absorption coefficient of the amorphous silicon which is too important at these lengths. wave.
  • the integration of the filters is monolithic, that is to say carried out directly on the sensor by deposition and etching steps following the steps of back-end of the sensor.
  • N etching steps for 2 N filters The most economical production method in number of etching steps (N etching steps for 2 N filters) consists of performing partial etches in a same layer. However, in a collective manufacturing process (at the wafer scale), the deposition and partial etching steps are still affected by a certain degree of non-uniformity on the surface of the wafer whose diameter is equal to 200 mm. or 300 mm. The central wavelength of the spectral responses of the filters is very sensitive to the thickness of the cavity. WO 2013/064511 A1 specifies that a control of the thickness of ⁇ 2% is essential. This type of filtering device is not ideal for an industrialization requiring a collective manufacturing of the filters, in particular because the errors induced by the successive etching steps can accumulate.
  • US Pat. No. 7,759,679 B2 describes a filtering device in which the wavelength tunability of the filters is achieved by varying the effective refractive index of the medium between the two semi-reflective layers of the cavity, the thickness of this medium being constant in all the filters.
  • nanostructures are etched in a layer based on a first dielectric material. The etched areas are filled by a second dielectric material whose refractive index is for example less than that of the first dielectric material, and a Chemical mechanical polishing (CMP) is performed to planarize the layer comprising the nanostructures.
  • CMP Chemical mechanical polishing
  • the light passing through these nanostructures sees a mean refractive index, or effective refractive index, whose value is between those of the refractive indices of the two dielectric materials because the lateral dimensions of the nanostructures are smaller than the wavelengths intended to be transmitted by the filter.
  • a mean refractive index or effective refractive index
  • From a single mask it is possible to vary the dimensions of these nanostructures in the plane of the layer, and thus to vary the effective refractive index along this structured layer in a range between 1 refractive index of the second dielectric material and the refractive index of the first dielectric material. All the desired filters within the structured layer can thus be made with the implementation of a single step of lithography and etching.
  • the method of producing this filtering device does not include partial etching and therefore does not have the drawbacks associated with making "step-by-step" filters.
  • the spectral range accessible for such a filtering device is limited by the difference between the refractive indices of the materials used to produce the structured layer.
  • the refractive indices of the materials used to produce the structured layer are limited by the difference between the refractive indices of the materials used to produce the structured layer.
  • US 2011/0290982 A1 discloses a filtering device in which the same structuring principle is used to tune the filters by the effective refractive index of the layer of materials between the semireflective layers. Better selectivity, and in particular better rejection of the filters, is obtained thanks to the use of two Fabry-Perot cavities superimposed on each other for each of the filters.
  • the volume proportions of the two materials are in this case the same as for an engraving through the entire thickness of the material for very fine patterns.
  • the physical thickness of the cavity defined by the distance between the semi-reflective layers corresponding to metal layers, also remains constant.
  • the spectral range accessible with this type of device is limited by the difference in index between the two dielectric materials used.
  • nanostructures are made through only a portion of the thickness of the layer, it is necessary, to achieve the same wavelength ranges, to produce two nanostructured layers one on top of the other, inside each of the Fabry-Perot cavities. This increases the complexity and cost of implementation of the filtering device because each nanostructured layer requires a high resolution lithography step.
  • the etching of the second nanostructured layer can degrade the first nanostructured layer with such a process by overgrafting.
  • An object of the present invention is to provide an optical filtering device at least partially solving the problems of the filtering devices of the prior art discussed above.
  • the present invention proposes an optical filtering device comprising at least first and second interference filters each comprising at least a first Fabry-Perot cavity formed by first and second semi-reflective layers between which at least a first structured layer is disposed, wherein: the first structured layer belongs together with the first and second interference filters, has a substantially constant thickness, is substantially planar and comprises first portions of at least two dielectric or semiconductor materials of different refractive indices arranged in each of the first Fabry-Perot cavities and in a plane parallel to the first semi-reflective layer, next to each other alternately;
  • the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter comprises at least one first spacer disposed between one of the first and second semi-reflective layers and the first structured layer such as a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter is greater than a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the first interference filter;
  • first and second interference filters are made according to a first configuration and / or a second configuration such that:
  • the device further comprises a second structured layer disposed between the first and second semireflecting layers, belonging together with the first and second interference filters, having a substantially constant thickness, being substantially flat and having second portions of the two different refractive index materials arranged in each of the first Fabry-Perot cavities and in the plane parallel to the first semi-reflective layer, alternately side by side;
  • the first and second interference filters each comprise at least one second Fabry-Perot cavity superimposed on the first Fabry-Perot cavity and formed by the first and third semi-reflective layers between which at least one third structured layer is disposed, the third structured layer belonging together with the first and second interference filters, having a substantially constant thickness, being substantially planar and having third portions of the two different refractive index materials arranged in each of the second Fabry-Perot cavities and in the plan parallel to the first semi-reflecting layer, next to one another alternately, the second Fabry-Perot cavity of the second interference filter further comprising at least a second spacer disposed between the third semi-reflective layer and the third structured layer such that a distance between the first and third semi-reflective layers of the second Fabry-Perot cavity of the second interference filter is greater than a distance between the first and third semi-reflective layers of the second Fabry-Perot cavity of the first interference filter .
  • an optical filtering device comprising at least first and second interference filters each comprising at least a first Fabry-Perot cavity formed by first and second semireflective layers between which at least a first structured layer is arranged, in which :
  • the first structured layer is common to the first and second interference filters
  • the first structured layer has a substantially constant thickness
  • the first structured layer comprises at least two different refractive index materials included in each of the first Fabry-Perot cavities
  • the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter comprises at least one first spacer disposed between one of the first and second semi-reflective layers and the first structured layer such as a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter is greater than a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the first interference filter.
  • structured layer refers to the fact that the layer comprises portions of the two different refractive index materials that form patterns, or patterns, within the layer.
  • portions of the first of the two materials and portions of the second of the two materials are arranged, in a plane parallel to the main faces of this layer (plane which is also perpendicular to the stacking direction of the layers of the device), next to each other alternately, that is to say as a portion of the first of the two materials is disposed between at least two portions of the second of the two materials and a portion of the second of the two materials is disposed between at least two portions of the first of the two materials.
  • Such structures do not correspond to roughness or superposition of layers of these two materials.
  • Such structures may be viewed as transverse or vertical structures arranged next to each other in the plane parallel to the main faces of the structured layer.
  • Such an optical filtering device thus proposes the production of several interference filters with Fabry-Perot cavities whose central wavelengths are defined by several parameters related to the structured layer (the values of the refractive indices of the two materials used, the parameters , such as the shape and the dimensions, the patterns formed by the two materials, the thickness of the structured layer) but also, for the second interference filter or filters, by several parameters related to the spacer present in the cavity or cavities Fabry-Perot of the second or interferential filters (refractive index of the material of the spacer, its thickness, etc.).
  • the optical filtering device according to the invention is adapted to perform filtering in a wider range of wavelengths. , which may cover, for example, the visible range and the near infrared, and in particular which is not limited by the nature of the materials used for producing the structured layer, by virtue of the presence of the spacer in the second interference filter or filters .
  • the optical filtering device according to the invention can be produced with a much smaller number of etching steps, without using partial etching steps.
  • the optical filtering device according to the invention is therefore well suited for the collective manufacture of the scale of the substrate, or wafer, without errors induced by successive partial etching steps.
  • the optical filtering device also comprises a structure adapted for integration on a sensor, for example a CMOS-type image sensor, allowing a real-time capture in the whole range of spectral responses of the interference filters of the device. optical filtering.
  • a sensor for example a CMOS-type image sensor
  • Each of the interference filters can transmit a single spectral band (each interference filter therefore being of the bandpass type) for example in the full range of the visible and near-infrared range, thus facilitating the processing of the captured images via a sensor provided with such a device.
  • optical filtering device each interference filter therefore being of the bandpass type
  • the optical filtering device can cover only the visible range, for example when the materials that can be used to form the structured layer have refractive indices of near values.
  • the optical filtering device may cover at least part of the visible range and / or at least part of the infrared range (near infrared and / or medium and / or far infrared) and / or at least a portion of the UV domain.
  • the second interference filter or filters may in particular perform a filtering in the infrared range, the first interference filter or filters which can be dedicated to the visible and / or UV range.
  • the Fabry-Perot cavities may be arranged on a transparent substrate, for example made of glass.
  • a transparent substrate may allow integration of the optical filtering device on a sensor, for example by transfer to a silicon substrate.
  • the optical filtering device may comprise a single structured layer common to the first Fabry-Perot cavities of all the interferential filters of the device and located inside the first Fabry-Perot cavities.
  • a single structured layer structured by Fabry-Perot cavity simplifies and reduces the cost of production compared to Fabry-Perot cavities comprising several superimposed structured layers, and also makes it possible to avoid a possible degradation of the lower structured layer when making the upper structured layer.
  • the presence of the spacer in the or the second interferential filters allows the optical filtering device to cover a spectral range at least as wide as that covered by a filtering device having no spacer but using one or more superimposed structured layers.
  • the device according to the invention judiciously combines several structured layers with one or more spacers within the same interference filter.
  • the device When the device is made according to the first configuration, that is to say when two distinct structured layers are used within the same Fabry-Perot cavity, this facilitates the realization of the device, especially the lithography steps in front of be implemented to achieve the structured layers, compared to a device that would include interference filters performing similar filtering but which would include a single structured layer. Indeed, by distributing the structures in two superimposed structured layers, the constraints of carrying out these structures are lower than when the structuring must be performed in a single structured layer, for a given range of spectra. In addition, this superposition of structured layers makes it possible to achieve, for a given occupation area, a greater number of interference filters, and thus makes it possible to obtain a greater number of transmission peaks in the filtering spectrum of the device.
  • the levels of the transmission peaks of the filtering spectrum of the device are more homogeneous, some by compared to others, compared to a filter device using only a single Fabry-Perot cavity by interference filter.
  • This second configuration does not correspond to a simple superposition of several cavities
  • the second spacer present in the second cavity of the second filter is judiciously disposed under the third structured layer and is arranged such that it forms a flat surface with the elements around it so that the third structured layer can be performed on this flat surface.
  • the flatness of the structured third layer is found for the semi-horizontal layer. reflective common to the two superimposed cavities and thus allows then to realize the first cavity above the second cavity, again starting from a flat surface for producing the first structured layer.
  • the spacer may be disposed on or under the structured layer.
  • the first structured layer is advantageously continuous from one Fabry-Perot cavity to another.
  • the main faces of the parts of the structured layer disposed in the different cavities are arranged in two planes only.
  • the spectral responses of the interference filters can cover a large, substantially continuous spectral band (each interference filter can form a band-pass filter permitting a range of wavelengths adjacent to a range of wavelengths that another adjacent filter passes through ) or several distinct spectral bands that are not necessarily adjacent.
  • the two different refractive index materials may correspond to dielectric and / or semiconductor materials. This provides better spectral selectivity compared to plasmon-based filtering devices via the use of metal layers.
  • the first spacer may comprise at least one dielectric or semiconductor material.
  • the first structured layer may comprise periodic patterns formed by portions of a second one of two different refractive index materials disposed in a first of two different refractive index materials.
  • the first structured layer and / or the second structured layer and / or the third structured layer may comprise periodic patterns formed respectively by the first and / or second and / or third portions of a second of the two different refractive index materials. disposed in a layer of a first one of two different refractive index materials formed respectively of first and / or second and / or third portions of the first of the two different refractive index materials.
  • dimension values dimensions in a principal plane of the structured layer
  • a period of the periodic patterns may be less than a value of a central wavelength.
  • the periodic patterns may form, in a principal plane of the first structured layer, two-dimensional structures, for example rectangular or square-shaped pads.
  • the periodic patterns are well suited for filtering unpolarized light or light having two polarizations.
  • the periodic patterns may form, in the main plane of the first structured layer, one-dimensional structures, for example slots extending in a single direction.
  • the periodic patterns are well suited for filtering light having a single polarization.
  • first and / or second and / or third portions of the second of the two different refractive index materials may be formed throughout the thickness respectively of the first structured layer and / or the second structured layer and / or or the structured third layer.
  • portions of the second of the two different refractive index materials are formed in only a portion of the thickness of the first structured layer. It is the same for the second and third structured layers.
  • the presence of the spacer in the second interference filter or filters makes it possible to cover a large spectral band without necessarily having to resort to two superimposed structured layers within the Fabry-Perot cavities.
  • the optical filtering device may furthermore comprise at least one first etch stop layer disposed at least between one of the first and second semi-reflective layers and the first structured layer of the first Fabry-Perot cavity of the first interference filter.
  • This etch stop layer may in particular make it possible to protect the structured layer during the production of the spacer which may involve a step of etching material present on the first interference filter or filters.
  • This etch stop layer may have a high etching selectivity relative to that of the material forming the spacer.
  • a single etch stop layer may be sufficient to ensure the integrity of the structured layer common to all of the filters. It is possible that this etch stop layer is also present at the second interference filter or filters, which simplifies the production of this etch stop layer without causing any disturbance in the filtering performed.
  • the first interference filter and / or the second interference filter may comprise at least a second Fabry-Perot cavity superimposed on the first Fabry-Perot cavity.
  • an interference filter comprising a single Fabry-Perot cavity
  • the superposition of two Fabry-Perot cavities advantageously identical with respect to each other, makes it possible to obtain a better rejection of the filter and a spectral response whose flanks have a larger slope, and thus range of wavelengths transmitted more accurate.
  • this configuration makes it possible to have a greater uniformity, in terms of maximum transmission, of the spectral responses of the interference filters over the entire range of wavelengths targeted.
  • one of the two semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity may also form one of the two semi-reflective layers of the second Fabry-Perot cavity.
  • said second interference filter comprises a second Fabry-Perot cavity
  • said second Fabry-Perot cavity may comprise at least one second spacer disposed between a third semi-reflective layer and a second structured layer of said second Fabry-Perot cavity.
  • the second spacer may comprise at least one dielectric or semiconductor material.
  • the first spacer and the first etch stop layer may be disposed between the first structured layer and the second semi-reflective layer, and:
  • a second etch stop layer may be arranged between the first and second structured layers
  • a third etch stop layer may be disposed between the third structured layer and the third semi-reflective layer.
  • the optical filtering device may further comprise at least one portion of absorbent material vis-à-vis wavelengths of values less than that of a central wavelength of a spectral response of the first Fabry- cavity.
  • Perot of the second interference filter for example amorphous or polycrystalline silicon, disposed on or in the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter. This portion of material allows in this case to absorb certain wavelengths transmitted to the order 2 (or orders greater than 2) of the Fabry-Perot cavity of the second interference filter.
  • the first spacer and / or the second spacer may comprise amorphous or polycrystalline silicon, which enables them to also play the role of absorbent material as described above.
  • the optical filtering device may comprise a plurality of first interferential filters arranged next to each other and in which volume proportions of the two refractive index materials differ from one another in the first structured layer and / or the second structured layer and / or the third structured layer may be different from a first interference filter to another, and / or may comprise a plurality of second interferential filters arranged next to each other and in which volume proportions of the two materials of different refractive indices with respect to each other in the first structured layer and / or the second structured layer and / or the third structured layer may be different from a second interference filter to another.
  • the volume proportions of the two different refractive index materials relative to one another in the second interference filter (s) may be different from the volume proportions of the two different refractive index materials relative to one another. to the other in the first interference filter or filters.
  • first interference filters adapted to perform filtering in the visible range
  • second interference filters adapted to perform filtering in the infrared range. It is possible to produce at least a first interference filter adapted to perform a filtering in the visible range and at least a second interference filter adapted to carry out a filtering in the infrared range, in which the volume proportions of the two signal index materials different refraction with respect to each other are similar in the first and second interference filters, the spacer or spacers alone present in the second filter for centering the second filter on a wavelength different from that on which the first filter is centered.
  • the optical filtering device may comprise a total number of interference filters between 5 and 15, or between 5 and 10. Such an optical filtering device may be integrated within a hyperspectral camera.
  • the interference filters of the optical filtering device can form a matrix of interference filters.
  • Each semi-reflective layer may comprise at least one metallic material.
  • the invention also relates to an image sensor comprising at least one optical filtering device as defined above, in which each of the first and second interference filters of the optical filtering device is disposed at one or more adjacent pixels of the optical filtering device. image sensor.
  • the invention also relates to a method for producing an optical filtering device comprising at least first and second interference filters each comprising at least a first Fabry-Perot cavity, comprising at least the following steps: - Realization of a first semi-reflective layer of the first Fabry-Perot cavities;
  • a first structured layer jointly belonging to the first and second interference filters having a substantially constant thickness, being substantially flat and having first portions of at least two materials, dielectric or semiconductor of different refractive indices to be arranged in each of the first Fabry-Perot cavities and in a plane parallel to the first semi-reflective layer, alternately side by side;
  • a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter being greater than a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the first interference filter
  • first and second interference filters are made according to a first configuration and / or a second configuration such that:
  • the method further comprises, between the production of the first structured layer and the production of the first spacer, the production of a second structured layer intended to be arranged between the first and second semi-reflective layers, belonging to in conjunction with the first and second interference filters, having a substantially constant thickness, being substantially planar and having second portions of the two different refractive index materials disposed in each of the first Fabry-Perot cavities and in the plane parallel to the first layer semi-reflective, side by side alternately; according to the second configuration, the method further comprises, before the production of the first semi-reflective layer, the production of at least a second Fabry-Perot cavity of each of the first and second interference filters superimposed on the first Fabry cavity.
  • the third structured layer jointly belonging to the first and second interference filters, having a substantially constant thickness, being substantially flat and comprising third portions of the two different refractive index materials arranged in each of the second Fabry-Perot cavities and in the plane parallel to the first semi-reflective layer, one next to the other alternately, the second Fabry-Perot cavity; second interference filter further comprising at least one second spacer disposed between the third semi-reflective layer and the third structured layer such that a distance between the first and third semi-reflective layers of the second Fabry-Perot cavity of the second interference filter is greater than a distance between the first and third semi-reflective layers of the second Fabry-Perot cavity of the first interference filter.
  • a first structured layer comprising at least two different refractive index materials intended to be included in each of the first Fabry-Perot cavities, the first structured layer being common to the first and second interference filters and having a substantially constant thickness;
  • a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the second interference filter being greater than a distance between the first and second semi-reflective layers of the first Fabry-Perot cavity of the first interference filter.
  • This method makes it possible to simultaneously produce several multilayer interference filters with Fabry-Perot cavities, for example arranged in a matrix, whose resonance wavelengths cover a spectral range not limited by the indices of the materials used.
  • This method has the advantage of having few delicate steps, and the total number of steps implemented remains low.
  • This method can comprise only two lithography steps including one with high definition (for the realization of the structured layer), to achieve at least two filters whose spectral responses can be distributed in the complete visible and near infrared domain.
  • this method makes it possible to produce more filters positioned at intermediate wavelengths, for example more than 11 interference filters.
  • This method may comprise steps implemented in thin film technology.
  • the realization of the first structured layer may comprise the implementation of the following steps:
  • the realization of the first spacer can comprise the implementation of the following steps:
  • the method may further comprise, prior to the production of the first semi-reflective layer, the production of second Fabry-Perot cavities superimposed on the first Fabry-Perot cavities.
  • the realization of the second Fabry-Perot cavities may comprise the implementation of the following steps:
  • first semi-reflective layer can then be made on the third structured layer.
  • the realization of the second structured layer may comprise the implementation of the following steps:
  • FIG. 1 and 2 show schematically an optical filtering device according to first and second embodiments
  • FIG. 3 diagrammatically represents an optical filtering device, object of the present invention, according to a first embodiment
  • FIG. 4 represents the spectral responses of an optical filtering device according to the first embodiment
  • FIG. 5 to 10 schematically show steps of a method of producing an optical filter device according to the first embodiment
  • FIG. 11 diagrammatically represents an optical filtering device, object of the present invention, according to a second embodiment
  • FIG. 12 represents the spectral responses of an optical filtering device, object of the present invention, according to the second embodiment
  • FIGS. 13 to 17 diagrammatically represent steps of a method for producing an optical filtering device, object of the present invention, according to the second embodiment
  • FIG. 18 schematically shows an image sensor, also object of the present invention, according to a particular embodiment.
  • Figure 1 shows an optical filter device 100 according to a first embodiment.
  • the device 100 comprises a transparent substrate 102, comprising, for example, glass.
  • a first antireflection layer 104 is disposed on the substrate 102.
  • first antireflection layer 104 comprises for example a dielectric material such as SiN. Its thickness is for example equal to about 50 nm, or more generally between about 10 nm and 70 nm. The value of the thickness of the layer 104 is a function of the spectral range targeted by the device 100 and the refractive index of the layer 104. Different values, and more important than those indicated above, may be used. envisaged because the antireflection effect is periodic with the thickness of the layer 104.
  • the layer 104 can be made in the form of a thin layer.
  • the device 100 may not have an antireflection layer.
  • Interferential filters 106 with Fabry-Perot cavities are arranged on the first antireflection layer 104.
  • the six filters 106.1 - 106.6 are such that the central wavelengths of the spectral responses of these filters are different from each other, and are respectively called ⁇ . ⁇ - ⁇ . ⁇ .
  • the device 100 may comprise at least two interference filters 106, and advantageously between 5 and 15 filters 106, or between 5 and 10 filters 106, or even an even greater number of filters 106.
  • the number of filters 106 that comprises the device 100 depends on the number of distinct spectral responses desired in the spectral range to be processed by the device 100.
  • the filters 106 are arranged next to each other along the y axis, the filters 106 of the device 100 are generally arranged in the form of a matrix of filters.
  • These filters 106 comprise a first semi-reflecting layer 108, or semi-reflecting mirror, which is common here to all the filters 106.
  • the first semi-reflecting layer 108 corresponds to a metal layer, comprising for example silver and whose the thickness is for example equal to about 44 nm or more generally between about 30 nm and 60 nm.
  • the first anti-reflective layer 104 disposed between the substrate 102 and the first semi-reflective layer 108 makes it possible to avoid or limit light reflections on the first semi-reflective layer 108.
  • the filters 106 also comprise a structured layer 110 forming part of the medium of the filters 106 located between the semi-reflective layers of the filters 106.
  • This structured layer 110 is common to all the filters 106 and of thickness eN that is substantially constant for all the filters. 106.
  • the structured layer 110 comprises at least two materials with different refractive indices ⁇ and,, here dielectric materials corresponding to SiN (index ⁇ ) and Si0 2 (index ne), these two materials being structured such that the different regions of the structured layer 110 present in the different filters 106 comprise different volume proportions of these two materials so that the effective refractive index of the structured layer 110 varies from one filter to another.
  • the material whose refractive index ⁇ is the largest is called the first material, and here corresponds to SiN, and the one whose refractive index is the smallest is called the second material, and here corresponds to Si0 2 .
  • the materials of the structured layer 110 are transparent at least with respect to the wavelengths intended to be transmitted by the filters 106.
  • at least one of the first and second materials may correspond to a semiconductor material. driver.
  • a region 112.1 of the structured layer 110 forming part of the filter 106.1 comprises only the second material.
  • a region 112.2 of the structured layer 110 forming part of the filter 106.2 comprises the first material in which depressions 114 are made throughout the thickness of the structured layer 110 and are filled with portions of the second material, thus forming structural elements of the structured layer 110.
  • these recesses 114, and therefore the portions of the second material each have a section, in a main plane of the structured layer 110, that is to say a plane parallel to the face of the structured layer 110 lying against the first semi-reflective layer 108 (parallel to the plane (X, Y) in Figure 1), rectangular or square.
  • the structuration period is less than the value of the central wavelength of the spectral response of the filter 106.2.
  • Structures of the structured layer 110 may have shapes other than rectangular or square, for example groove or trench shapes made on the entire length or width of the filter.
  • a region 112.3 of the structured layer 110 forming part of the filter 106.3 comprises only the first material.
  • 106.5 and 106.6 each comprise a region 112.4, 112.5 and 112.6 of the structured layer 110 which are here similar to the regions 112.1, 112.2 and 112.3 respectively.
  • An etch stop layer 116 is disposed on the structured layer
  • This etch stop layer 116 comprises a material which is etched much more slowly than the materials of the spacer 120 described below, for example AIN or TiO 2 , and which is transparent with respect to wavelengths to be transmitted by the filters 106.
  • the thickness of the etch stop layer 116 is for example between about 5 nm and 10 nm. This etch stop layer 116 is present in the filtering device 100 because of the implementation method implemented and which is described below in conjunction with FIGS. 5 to 10.
  • the transparent materials between the semi-reflective layers of these filters correspond to those of the regions 112.1 to 112.3 of the structured layer 110 and that of the etch stop layer 116.
  • a second semi-reflective layer 118 is disposed directly on the etch stop layer 116.
  • the light incident on the filters 106.1 to 106.3 is reflected between the semi-reflective layers 108 and 118 in the structured layer 110 and the etch stop layer 116.
  • the height, or the thickness, of the Fabry-Perot cavities of the filters 106.1 to 106.3 formed between the two semi-reflective layers 108 and 118 is equal to the sum of the the thickness eN of the structured layer 110 and the thickness of the etch stop layer 116.
  • the second semi-reflective layer 118 is not arranged directly on the etch stop layer 116 but on a spacer 120 corresponding here to a portion of dielectric material of refractive index ns and d thickness e, disposed between the etch stop layer 116 and the second semi-reflective layer 118.
  • 106.6 formed between the two semi-reflective layers 108 and 118 is therefore different from that of the filters 106.1 to 106.3 due to the presence of the spacer 120, thus changing the values of the central wavelengths ⁇ 6.4 to ⁇ 6.6 spectral responses of these filters compared to those of the central wavelengths ⁇ . ⁇ to ⁇ 6.3 spectral responses of the filters 106.1 to 106.3.
  • This thickness is equal to the sum of the thickness eN of the structured layer 110, the thickness of the etch stop layer 116 and the thickness e of the spacer 120.
  • the material of the spacer 120 corresponds, for example, to one of the materials of the structured layer, advantageously that of the lowest index ne, or to any other dielectric or semiconductor material.
  • the spacer 120 comprises a transparent material vis-à-vis the wavelengths to be transmitted by the filters 106.4 to 106.6.
  • the spacer 120 comprises Si0 2 .
  • the light incident on the filters 106.4 to 106.6 is reflected between the semi-reflective layers 108 and 118 in the structured layer 110, the etch stop layer 116 and the spacer 120.
  • the device 100 comprises at least one filter whose height, or thickness, is different from one or more other filters of the device 100 because of the presence of the spacer 120 in this filter.
  • a second antireflection layer 122 is disposed on the second semi-reflective layer 118 at all the filters 106, and makes it possible to avoid or limit the light reflections on the second semi-reflecting layer 118.
  • This second antireflection layer 122 is example of thickness similar to that of the layer 104.
  • Several second antireflection layers 122 may be arranged on the second semi-reflecting layer 118.
  • the values of the central wavelengths of the spectral responses of the filters 106 of the device 100 are defined both by the value of the thickness of the Fabry-Perot cavities of the filters 106 which differ within the device 100, and by the value of the effective index of the medium between the semi-reflecting layers which changes from one filter to another within the device 100 thanks to the structured layer 110.
  • the value of the thickness eN of the structured layer 110 is defined according to the equation (1) previously described (the stop layer 116 has little influence on the filtering performed and, for the calculations made from the equation (1), it can be considered, as a first approximation, as being absent from filters 106).
  • this thickness eN can be fixed by considering the characteristics of the first filter 106.1 whose wavelength ⁇ . ⁇ has the smallest value among those of the central wavelengths of the spectral responses of the filters 106 of the filtering device 100, that is to say as a function of the values of ⁇ . ⁇ and the index of the second material which is the only one present in the region 112.1 of the structured layer 110 of the first filter 106.1.
  • the value of the wavelength ⁇ 6.3 is a function of the thickness eN and the index ⁇ of the first material which is the only present in the region 112.3 of the structured layer 110 of the filter 106.3.
  • the dimensions of the structures can be calculated as described in the document US 2011/0290982 A1.
  • the value of the thickness es of the spacer 120 is fixed by considering the characteristics of the filter 106.4 whose wavelength ⁇ 6.4 has the smallest value among those of the central wavelengths of the spectral responses of the filters which comprise the spacer 120, that is to say according to the values of ⁇ 6.4 and the index of the second material which is the only present in the region 112.4 of the structured layer 110 of the filter 106.4, and also in function of the refractive index ns of the material of the spacer 120.
  • Equation (1) previously described can be used for the calculation of this thickness es, the numerator of this equation corresponding to the sum of the optical paths in each of the layers 110 and 120, ie 2nses + 2 ⁇ (as previously, for reasons of simplification of the calculations made from equation (1), the etch stop layer 116 is considered, as a first approximation, as being absent from filters 106 due to the low impact of this layer on the filtering performed).
  • the value of the wavelength Xwe.e that is to say the value of the longest central wavelength of the spectral responses among the filters which comprise the spacer 120, is a function of the thicknesses eN and es and the index ⁇ of the first material which is the only one present in the region 112.6 of the structured layer 110 of the filter 106.6 (the optical paths considered are optical paths in each of the layers 110 and 120, be 2nses + 2 ⁇ ).
  • the dimensions of the structures can be calculated as described in the document US 2011 These dimensions are generally greater than the value of the central wavelength of the spectral response of the filter comprising the structures.
  • the modifications of the spectral responses induced by the Fresnel reflection at the interface between the structured layer 110 and the spacer 120, and by the etch stop layer 116 in the cavities of the filters 106, are generally not significant, and can be minimized or optimally optimized by conventional multilayer stack simulation methods using software utilizing multilayer optimization algorithms based on Abeles formalism such as the needles method as described, for example, in the "Application of the needle optimization technique to the design of optical coatings" and AV Tikhonravov et al., Applied Optics, vol. 35, No. 28, 5493-5508 pages, October 1, 1996.
  • the spacer 120 is disposed between the second semi-reflecting layer 118 and the structured layer 110.
  • the spacer 120 may be placed between the first semi-reflecting layer 108 and the layer 110, with in this case a relief previously formed on the substrate 102, as described later with reference to FIGS. 11 to 18.
  • the etch stop layer 116 is present at least at the level of the filters 106 which do not include the spacer 120. For the sake of simplification of the embodiment, the etch stop layer may be present at all the filters. 106, as is the case in the example of Figure 1.
  • the etch stop layer 116 is disposed on or under the structured layer 110 according to whether the spacer 120 is disposed on or under the structured layer 110.
  • the semi-reflective layers 108 and 118 preferably comprise at least one metal.
  • the refractive index of a metal is complex and can be denoted n + ik.
  • the metal forming the semi-reflecting layers 108 and 118 is preferably chosen such that the ratio k / n is as high as possible, for example at least equal to approximately 10, over the entire spectral range covered by the interference filters 106 in order to to obtain a good transmission of the wavelengths with the order 1 and a good rejection of the wavelengths with the higher orders, and what is the case of the money.
  • the filters 106.4 to 106.6 may include a plurality of spacers 120 formed of one or more transparent materials at the wavelengths to be transmitted by the filters 106.4 - 106.6.
  • the device 100 may comprise, in addition to the filters 106.1 to 106.6, other filters formed from the semi-reflective layers 108 and 118, of the structured layer 110, but which comprise one or more spacers such as the height, or the thickness, of the Fabry-Perot cavities of these filters is different from those of the filters 106.1 to 106.6.
  • the device 100 may comprise several groups of filters 106 each including one (or more) spacer of different thickness and / or different material (s) (s). It is possible in particular that all the groups of filters (each group of filters corresponding to the filters having the same thickness) comprise a spacer.
  • the presence of a spacer in all the filters 106 can improve the adhesion during the deposition of the second semi-reflecting layer 118 on these spacers, with respect to a deposition of the second semi-reflecting layer 118 directly on the coating layer. engraving stop 116.
  • the recesses 114 are made through the entire thickness of the structured layer 110.
  • the recesses 114 are made through part of the thickness of the structured layer 110.
  • the first refractive index material ⁇ is also present under the portions of the second material refractive index filling the depressions 114.
  • the fact that the recesses 114 pass only a part of the thickness of the structured layer 110 implies that to obtain a given effective refractive index at a region of the structured layer 110 which has these recesses (corresponding to the regions 112.2 and 112.5 in FIG. 2), the lateral dimensions of the recesses 114, ie the dimensions in the plane (X, Y), are greater than those of hollow to obtain the same refractive index effective but that would be made throughout the thickness of the structured layer 110.
  • each group of filters 106 only one filter (the filter 106.2 for the group of filters not including the spacer 120, and the filter 106.5 for the group of filters comprising the spacer 120 ) has structuring. It is possible, however, that in each group of filters, several filters, or even all the filters, have structures of different dimensions in order to obtain different spectral responses.
  • the device 100 comprises a single structured layer 100 common to all the filters 106 and disposed between the semi-reflective layers 108 and 118 of these filters 106.
  • FIG. 3 represents the device 100 according to a first embodiment comprising ten filters 106.1 to 106.10, each of these filters having between the two semi-reflective layers 108 and 118, two parts of two structured layers 110.1 and 110.2 arranged one on the other.
  • the filters 106.1 to 106.5 form the first group of filters that do not include the spacer 120, and the filters 106.6 to 106.10 form the second group of filters comprising the spacer 120.
  • the filter 106.1 has regions 112.11 and 112.21 of the structured layers 110.1 and 110.2 comprising only the second material.
  • the filter 106.2 comprises a region 112.12 of the first structured layer 110.1 comprising only the second material, and a region 112.22 of the second structured layer 110.2 comprising the first material in which depressions 114.2 are made through the entire thickness of the second structured layer 110.2 and are filled by the second material.
  • the filter 106.3 has regions 112.13 and 112.23 of the structured layers 110.1 and 110.2 comprising the first material in which depressions 114.1 and 114.2 are made and filled by the second material.
  • the filter 106.4 comprises a region 112.14 of the first structured layer 110.1 comprising only the first material, and a region 112.24 of the second structured layer 110.2 comprising the first material in which recesses 114.2 are made through the entire thickness of the second layer. structured 110.2 and are filled by the second material. Finally, the filter 106.5 has regions 112.15 and 112.25 of the structured layers 110.1 and 110.2 comprising only the first material. The regions 112.16 to 112.20 and 112.26 to 112.30 of the structured layers 110.1 and 110.2 in the filters 106.6 to 106.10 are similar to those of the filters 106.1 to 106.5.
  • a first etch stop layer 116.1 is disposed on the second structured layer 110.2.
  • the function of this first etch stop layer 116.1 is similar to that previously described for the etch stop layer 116.
  • a second etch stop layer 116.2 having a material etching much more slowly than the first material of the second structured layer 110.2 is interposed between the structured layers 110.1 and 110.2.
  • This second etch stop layer 116.2 makes it possible not to damage the first structured layer 110.1 during the production of the second structured layer 110.2, more particularly during the etching of the first material of the second structured layer 110.2.
  • This second etch stop layer 116.2 comprises, for example, a material of a similar nature to that of the first etch stop layer 116.1, such as AIN or TiO 2 , and which is transparent with respect to wavelengths to be transmitted by the filters 106.
  • the thickness of the second etch stop layer 116.2 is for example between about 2 nm and 10 nm.
  • the method for producing the filtering device according to the first embodiment is more complex than for producing a filtering device having only one structured layer as in the first and second embodiments.
  • this configuration of the filtering device with two superimposed structured layers makes it easier to perform the lithography carried out compared to that implemented when a filtering device having so many filters is produced, with similar spectral filtering ranges, but formed in a single structured layer.
  • the depressions made in the structured layers 110.1 and 110.2 can be made through only a part of the thickness of these layers.
  • FIG. 4 represents spectral responses (ie the value of the transmission coefficient T as a function of the wavelength, in nanometers in FIG. 4) obtained for a filtering device 100 comprising a single structured layer 110 in which the structuring is performed throughout the thickness of the structured layer 110.
  • This filtering device comprises six filters 106 not including the spacer 120 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 10, 12, 14, 16, 18 and 20, and five filters having the spacer 120 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 22, 24, 26, 28 and 30.
  • the filtering device 100 making it possible to obtain the spectral responses represented in FIG. 4 comprises the following elements:
  • first antireflection layer 104 made of SiN and having a thickness equal to 50 nm;
  • first semi-reflective layer 108 made of Ag and having a thickness equal to 44 nm;
  • structured layer 110 having a thickness eN equal to 105 nm, the second material of which is SiO 2, the first material of which is SiN and comprising structural elements, and therefore recesses 114, of rectangular shape;
  • second semi-reflective layer 118 made of Ag and of thickness equal to
  • second antireflection layer 122 made of SiN and having a thickness equal to 42 nm.
  • the SiN used in this filtering device is enriched in silicon, which confers on it a relatively high refractive index, close to that of Ti0 2 , with in return a certain absorption of the low wavelengths (which does not impact in the present case since the filters whose spectral response is in the blue comprise little or no SiN).
  • the second antireflection layer 122 is covered with an amorphous silicon portion of thickness, for example equal to 15 nm.
  • This portion of amorphous silicon makes it possible, at low wavelengths corresponding approximately to those of the blue color, to attenuate "bounces" or secondary peaks of the spectral responses of the filters comprising the spacer 120 and whose lengths of central waves are the largest. These rebounds are caused by orders higher than the order 1 of the Fabry-Perot cavities of these filters.
  • the portion of amorphous silicon is transparent in the rest of the spectral domain. This portion of amorphous silicon also makes it possible, by constructive interferences, to increase the transmission of the filters at which the portion of amorphous silicon is located.
  • the eleven filters of this filtering device cover a spectral band between about 450 nm and 900 nm.
  • the central wavelengths of the spectral responses (order 1) are uniformly distributed in this spectral band that covers most of the visible and near-infrared spectrum.
  • the six interference filters that do not include the spacer 120 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 10, 12, 14, 16, 18 and 20 cover a first portion of this spectral band ranging from about 450 nm to about 680 nm.
  • the five interference filters comprising the spacer 120 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 22, 24, 26, 28 and 30 cover a second portion of this spectral band ranging from about 720 nm to about 900 nm.
  • the relative proportions of SiO 2 and SiN in the regions of the structured layer 110 in these different filters are indicated in the table. below. In this table, the filters are identified by the value of the central wavelength of their spectral response. The widths of the SiN pads in the regions of the structured layer 110, the widths of the spaces between these pads, as well as the period of these pads, are also indicated in this table.
  • FIGS. 5 to 10 represent steps of a method for producing the device 100 previously described in connection with FIG.
  • the first antireflection layer 104 is first deposited on the substrate 102, then the first semi-reflective layer 108 is deposited on the first antireflection layer 104.
  • a layer 124 comprising the first material and of thickness equal to the thickness eN the structured layer 110 to be made is then deposited on the first semi-reflective layer 108 ( Figure 5).
  • the first semi-reflective layer 108 may be encapsulated by a thin protective layer (not shown in the figures) for avoid degradation of the metal of the first semi-reflective layer 108 by air or etching of the layer 124 made thereafter.
  • Steps of lithography and etching of the layer 124 are then implemented to form the depressions 114 at the regions of the structured layer intended to include structures, and thus to remove the portions of the layer 124 at the level of the layers. regions of the structured layer 110 not intended to include the first material ( Figure 6).
  • the first semi-reflective layer 108 serves as an etch stop layer during the etching of the recesses 114.
  • a layer 126 comprising the second material and of thickness at least equal to the thickness eN of the structured layer 110, and generally equal to two or three times the thickness eN to facilitate the implementation subsequent polishing, is then deposited on the previously formed structure, in the etched portions of the layer 124 (i.e. in the recesses 114 and at the regions of the structured layer 110 intended to comprise only the second material ). Portions of layer 126 are also deposited on the remaining portions of layer 124.
  • a chemical mechanical polishing (CMP) is then performed with stopping on the remaining portions of the layer 124, thereby removing the portions of the layer 126 deposited on the remaining portions of the layer 124 (FIG. 8), and forming the structured layer 110 .
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the etch stop layer 116 is then deposited on the structured layer 110, then a layer 127 comprising the material of the spacer 120 and of thickness e is deposited on the stop layer of FIG. engraving 116.
  • Lithography and etching steps of the layer 127 are then implemented so that a remaining portion of the layer 127 forms the spacer 120 ( Figure 10).
  • the presence of the etch stop layer 116 at the portion or parts thereof etched layer 127 avoids over-etching in the structured layer 110 during etching of the layer 127.
  • the second semi-reflective layer 118 is then deposited on the entire structure, that is to say on the spacer 120 and on the portion or portions of the etch stop layer 116 not covered by the spacer 120.
  • a thin adhesion layer (not shown) may be deposited on the entire structure, prior to the deposition of the second semi-reflective layer 118.
  • the second antireflection layer 122 is then deposited on the second semi-reflective layer. 118.
  • the device obtained corresponds to the device 100 shown in FIG.
  • FIG. 11 represents the filter device 100 according to a second embodiment in which each interference filter 106.1 - 106.6 comprises two Fabry-Perot cavities superimposed one above the other.
  • the device 100 includes the first antireflection layer 104 disposed on the substrate 102.
  • the thickness of the portion of the first antireflection layer 104 formed at the first group of filters 106.1 - 106.3 does not include a spacer is greater than that of the part of the first antireflection layer 104 formed at the second group of filters 106.4 - 106.6.
  • a third semi-reflective layer 128 is disposed on the first anti-reflection layer 104.
  • a second spacer 120.2 is formed on the third semi-reflective layer 128.
  • the first anti-reflection layer 104 thus forms, at a first region of the substrate 102 on which the first group of filters 106.1 - 106.3 is intended to be made, a relief whose thickness is substantially equal to that of the second spacer 120.2.
  • the sum of the thicknesses of the third semi-reflecting layer 128 and of the part of the first antireflection layer 104 at the level of the first group of filters 106.1 - 106.3 is therefore substantially equal to that of the thicknesses of the second spacer 120.2, the third semi-layer reflector 128 and the portion of the first antireflection layer 104 at the second filter group 106.4 - 106.6.
  • the first antireflection layer 104 may in this case have a constant thickness.
  • An upper face of the third semi-reflective layer 128 at the first group of filters 106.1 - 106.3 and an upper face of the second spacer 120.2 form a flat surface on which is disposed another etch stop layer 116.3, called the third layer. stopping etching to distinguish it from the second etch stop layer 116.2 previously described in conjunction with FIG. 3, whose role is to protect the second spacer 120.2.
  • the device 100 comprises another structured layer 110.3, called the third structured layer to distinguish it from the second structured layer 110.2 previously described in connection with FIG. 3, common to all the filters 106.1 - 106.6.
  • the third structured layer 110.3 comprises the two different refractive index materials and, in some regions, similar structures to those previously described in connection with FIG. 1.
  • the structured third layer 110.3 here is similar to the structured layer 110 previously described. in connection with Figure 1.
  • the first semi-reflective layer 108 for example comprising a material similar to that of the third semi-reflective layer 128, is disposed on the third structured layer 110.3.
  • a second Fabry-Perot cavity is formed between the two semi-reflective layers 108 and 128.
  • First Fabry-Perot cavities similar to those of the device 100 previously described in connection with FIG. , are then performed on the second Fabry-Perot cavities.
  • the first structured layer 110.1 common to all the filters 106.1 - 106.6 is disposed on the first semi-reflective layer 108.
  • the first structured layer 110.1 is similar to the structured third layer 110.3.
  • the first etch stop layer 116.1 is disposed on the first structured layer 110.1.
  • the first spacer 120.1 for example similar to the second spacer 120.2, is disposed on the first etch stop layer 116.1 at the second filter group 106.4 - 106.6.
  • the second semi-reflective layer 118 is disposed on the first spacer 120.1 and, at the first group of filters 106.1 - 106.3, on the first etch stop layer 116.1.
  • the second antireflection layer 122 for example similar to that previously described in connection with FIG. 1, is disposed on the second semi-reflecting layer 118.
  • the two Fabry-Perot cavities formed can be similar to each other.
  • those of the device 100 according to the second embodiment have better rejection and better selectivity.
  • each structured layer 110.1 and 110.3 is carried out on a plane face (the upper face of the third etch stop layer 116.3 for the third structured layer 110.3 and the upper face of the first semi-reflective layer 108 for the first structured layer 110.1).
  • the second spacer 120.2 is disposed under the third structured layer 110.3.
  • FIG. 12 represents the spectral responses obtained for a filtering device similar to that described with reference to FIG. 11, that is to say having two structured layers 110.1 and 110.3 in which the structures are made throughout the entire thickness and forming, for each filter, two Fabry-Perot cavities superimposed one above the other.
  • This filtering device comprises six interference filters not including the spacers 120.1 and 120.2 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 40, 42, 44, 46, 48 and 50, and five interference filters comprising the spacers 120.1 and 120.2 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 52, 54, 56, 58 and 60.
  • the filter device 100 making it possible to obtain the spectral responses represented in FIG. 12 comprises the following elements:
  • first antireflection layer 104 made of SiN and having a thickness equal to 20 nm at the level of the five filters comprising the spacers, and having a thickness equal to 100 nm at the level of the six filters that do not include the spacers;
  • third semi-reflective layer 128 made of Ag and having a thickness equal to 27 nm;
  • second semi-reflective layer 118 made of Ag and of thickness equal to
  • second antireflection layer 122 made of SiN and having a thickness equal to 67 nm.
  • the SiN used in this filtering device is enriched in silicon and, at the level of the filters comprising the spacers 120.1 and 120.2, the second antireflection layer 122 is covered with a portion of amorphous silicon. thickness equal to 120 nm.
  • the first antireflection layer 104 is adapted to the optical impedance of all the filters
  • the eleven filters of this filtering device cover a spectral band between about 450 nm and 900 nm.
  • the central wavelengths of the spectral responses (order 1) are uniformly distributed in this spectral band that covers most of the visible and near-infrared spectrum.
  • the six interference filters do not not including the spacers 120.1 and 120.2 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 40, 42, 44, 46, 48 and 50 cover a first portion of this spectral band from about 450 nm to about 680 nm.
  • the five interference filters comprising the spacers 120.1 and 120.2 and whose spectral responses correspond to the curves referenced 52, 54, 56, 58 and 60 cover a second portion of this spectral band ranging from about 720 nm to about 900 nm.
  • those represented in FIG. 12 have maximum amplitudes that are more homogeneous with respect to one another thanks to the superposition of two Fabry-Perot cavities in each of the filters 106.
  • FIGS. 13 to 17 represent steps of a method of producing the filtering device 100 previously described in connection with FIG. 11.
  • the thickness of this first layer 130 is equal to the thickness of the second spacer 120.2 intended to be made.
  • this first layer 130 is then implemented in the first layer 130 such that a remaining portion 132 of the first layer 130 is intended to form part of the first antireflection layer 104 located at 106.1 - 106.3 filters having no spacers.
  • the first antireflection layer 104 is then completed by depositing a material similar to that of the first layer 130 on both the remaining portion 132 of the first layer 130 and the portion of the substrate 102 not covered by the remaining portion 132, with thickness equal to that of the first anti-reflection layer portion 104 intended to be located at the level of the filters intended to include the spacers
  • the third semi-reflective layer 128 is then deposited on the first antireflection layer 104.
  • a layer intended to form the second spacer 120.2, that is to say comprising the material of this second spacer 120.2 and whose thickness is at least equal to that of the second spacer 120.2 is then deposited on the third semi-reflective layer 128.
  • a planarization of the CMP type is then implemented with a stop on the part of the third semi-reflective layer 128 (or of a thin protective layer not shown) located on the part of the first antireflection layer 104 whose thickness is the largest.
  • the remaining portion of this layer forms the second spacer 120.2 ( Figure 15).
  • the second spacer 120.2 and the portion of the third semi-reflective layer 128 intended to be part of the second Fabry-Perot cavity of the first interference filters 106.1 - 106.3 form a planar upper surface.
  • the third etch stop layer 116.3 is then deposited on the previously formed structure, that is to say on the flat surface formed by the second spacer 120.2 and the part of the third semi-layer.
  • -reflector 128 being on the part of the first antireflection layer 104 whose thickness is the largest.
  • a layer 134 comprising the first material and having a thickness equal to the thickness eN of the third structured layer 110.3 intended to be produced is then deposited on the third etch stop layer 116.3.
  • Lithography and etching steps of the layer 134 are then implemented to form the hollows 114, that is, to remove the portions of the layer 134 located at the regions of the structured third layer 110.3. to not include the first material.
  • a layer comprising the second material and having a thickness at least equal to the thickness eN of the structured third layer 110.3 is then deposited on the structure previously produced, in the etched portions of the layer 134 (that is to say in the hollows 114 and at the level of the regions of the structured third layer 110.3 intended to comprise only the second material). Portions of this layer are also deposited on the remaining portions of the layer 134.
  • a chemical mechanical polishing is then performed with stopping on the remaining portions of the layer 134, thereby removing the portions of the layer deposited on the remaining portions of the layer 134 and forming the third structured layer 110.3 ( Figure 17).
  • the first semi-reflective layer 108 is then deposited on the third structured layer 110.3, then the first structured layer 110.1 is then performed by performing steps similar to those carrying the third structured layer 110.3.
  • the device 100 is then completed by implementing steps similar to those previously described in connection with the embodiment of the device 100 according to the first embodiment.
  • the materials of the structured layers 110, 110.1 and 110.2 and the spacers 120, 120.1 and 120.2 are dielectric materials.
  • these materials may be semiconductor materials, for example amorphous or polycrystalline silicon, ZnO, ZnS, ZnSe, or ZnTe.
  • Figure 18 schematically shows an image sensor 1000 according to a particular embodiment.
  • the image sensor 1000 comprises an electronic part 1002, formed for example of CMOS detection elements forming pixels 1004.
  • the filtering device 100 is integrated on the front face of this electronic part 1002, such as the filters 106. are arranged facing the pixels 1004. It is possible that each filter 106 is disposed opposite a pixel 1004, or else facing several adjacent pixels.
  • the image sensor 1000 may correspond to a hyperspectral camera, and may comprise other elements, for example optical and electronic such as electrical interconnections and micro-lenses, not shown in FIG. 18.

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Abstract

Dispositif de filtrage (100) comportant des premier et deuxième filtres interférentiels (106) comprenant chacun une cavité Fabry-Perot formée par des couches semi-réflectrices (108, 118) entre lesquelles une couche structurée (110.1) est disposée, dans lequel: - la couche structurée appartient conjointement aux deux filtres, a une épaisseur sensiblement constante, est sensiblement plane et comporte deux matériaux d'indices de réfraction différents disposés dans chacune des cavités en formant des structurations verticales; - la cavité du deuxième filtre comporte un espaceur (120) disposé entre l'une des couches semi-réflectrices et la couche structurée tel qu'une distance entre les couches semi-réflectrices de la cavité du deuxième filtre soit supérieure à une distance entre les couches semi-réflectrices de la cavité du premier filtre; - les filtres comportent une deuxième couche structurée (110.2) disposée dans les cavités des filtres, et/ou chaque filtre comporte une deuxième cavité Fabry-Perot comprenant une troisième couche structurée.

Description

DISPOSITIF DE FILTRAGE OPTIQUE COMPORTANT DES CAVITES FABRY-PEROT A COUCHE STRUCTUREE ET D'EPAISSEURS DIFFERENTES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne un dispositif de filtrage optique comportant des filtres interférentiels à cavités Fabry-Perot, avantageusement utilisé dans le domaine de l'imagerie multispectrale ou hyperspectrale.
Un capteur d'images comporte classiquement une matrice de filtres centrés sur des longueurs d'onde différentes les unes des autres. Dans un capteur d'images couleur classique, cette matrice de filtres correspond à une matrice de Bayer formée par des filtres rouge, vert et bleu qui permettent de reconstituer la colorimétrie de la scène. Ces filtres sont constitués de résines colorées et pixellisées directement sur le capteur.
Dans une caméra hyperspectrale, des filtres sont également organisés en matrice mais sont présents en plus grand nombre (typiquement 5 à 10, voire plus), de façon à détecter la signature spectrale d'objets dans une scène. L'information restituée par ce type de caméra est plus riche et les applications sont nombreuses en vision industrielle, dans le domaine militaire ou environnemental, par exemple pour la détection de gaz. Les filtres ne sont pas réalisés avec des résines colorées, notamment parce qu'il est difficile de se procurer des résines centrées sur des longueurs d'onde autres que celles des couleurs rouge, vert et bleu, et aussi parce que les réponses spectrales des résines sont trop larges par rapport à celles recherchées pour les filtres d'une caméra hyperspectrale.
Une roue à filtres interférentiels, disposée devant le capteur, et donc non intégrée à celui-ci, est par exemple utilisée dans une caméra hyperspectrale. A chaque acquisition, un filtre différent est disposé devant le capteur. Les différentes acquisitions réalisées sont ensuite combinées pour obtenir l'image finale.
Outre l'inconvénient lié à la non-intégration des filtres avec le capteur, étant donné que différentes acquisitions sont nécessaires pour obtenir les images filtrées selon les différentes réponses spectrales des filtres se trouvant sur la roue, cette technologie présente des limitations pour les applications en temps réel.
Le filtrage en longueur d'onde peut être réalisé par des filtres interférentiels de type Fabry-Perot, ou filtres à cavités Fabry-Perot. Le principe de tels filtres est par exemple décrit dans l'ouvrage de H. A. MacLeod, « Thin film optical filters II I », I nstitute of Physics Publising, London, 2001, pages 260-263. Une cavité Fabry-Perot comporte deux couches semi-réflectrices, ou miroirs semi-réfléchissants, disposées en regard l'une de l'autre et entre lesquelles se trouve un milieu d'indice de réfraction, ou indice optique, n, par exemple une couche de matériau d'indice de réfraction n. La lumière incidente est réfléchie par le filtre pour toutes les longueurs d'onde, sauf pour un ensemble discret de longueurs d'onde qui sont transmises hors du filtre. Pour ces longueurs d'onde transmises, le chemin optique parcouru par la lumière lors d'un aller- retour dans la cavité Fabry-Perot est un multiple de 2π. En incidence normale, ces longueurs d'onde, ou longueurs d'onde centrales des réponses spectrales des filtres, sont donc fonction de l'indice de réfraction n et d'une épaisseur d de la couche de matériau se trouvant entre les deux couches semi-réflectrices. Les longueurs d'onde centrales Xm a ux différents ordres m de la cavité Fabry-Perot sont définies par l'équation suivante :
2nd
2π
avec m correspondant à l'ordre de la cavité Fabry-Perot considéré, et φ3 et cj)b correspondant aux déphasages se produisant dans la cavité lors des réflexions sur les couches semi-réflectrices.
Les documents WO 2013/064511 Al et "Monolithic intégration of flexible spectral filters with CMOS image sensors at wafer level for low cost hyperspectral imaging" de M . Jayapala et al., I ISW2013, décrivent des filtres à cavités Fabry-Perot dont l'accordabilité en longueur d'onde est réa lisée en faisant varier l'épaisseur de la cavité de chacun des filtres. I l s'agit d'une technologie de filtres dite « en escalier ». Seize à trente-deux filtres sont ainsi réalisés au sein d'un capteur adapté pour la gamme 600 nm - 1000 nm, couvrant ainsi une petite partie du domaine visible et le domaine proche infrarouge. Les couches de matériau se trouvant entre les couches semi- réflectrices sont en silicium amorphe ou en Si02. Les couches semi-réflectrices sont constituées d'empilements de couches alternées en silicium amorphe et en Si02 communes à tous les filtres. La partie inférieure du domaine visible, c'est-à-dire les longueurs d'onde comprises entre environ 400 nm et 600 nm, est inaccessible pour ces filtres à cause du coefficient d'absorption du silicium amorphe qui est trop important à ces longueurs d'onde. L'intégration des filtres est monolithique, c'est-à-dire réalisée directement sur le capteur par des étapes de dépôt et de gravure à la suite des étapes de back-end du capteur.
Ce type de dispositif de filtrage présente deux inconvénients :
- le nombre d'étapes de gravure à effectuer a ugmente avec le nom bre de filtres souhaités, quel que soit le procédé de réalisation envisagé pour cette structure en escalier ;
- le procédé de réalisation le plus économe en nombre d'étapes de gravure (N étapes de gravure pour 2N filtres) consiste à effectuer des gravures partielles successives dans une même couche. Or, dans un procédé de fabrication collective (à l'échelle du wafer), les étapes de dépôt et de gravure partielle sont toujours affectées d'un certain degré de non-uniformité sur la surface du wafer dont le diamètre est égal à 200 mm ou 300 mm. La longueur d'onde centrale des réponses spectrales des filtres est très sensible à l'épaisseur de la cavité. Le document WO 2013/064511 Al précise qu'une maîtrise de l'épaisseur de ± 2% est indispensable. Ce type de dispositif de filtrage n'est donc pas idéal pour une industrialisation nécessitant une fabrication collective des filtres, notamment car les erreurs induites par les étapes de gravure successives peuvent se cumuler.
Le document US 7 759 679 B2 décrit un dispositif de filtrage dans lequel l'accordabilité en longueur d'onde des filtres est réalisée en faisant varier l'indice de réfraction effectif du milieu se trouvant entre les deux couches semi-réflectrices de la cavité, l'épaisseur de ce milieu étant constante dans tous les filtres. Pour cela, des nanostructures sont gravées da ns une couche à base d'un premier matériau diélectrique. Les zones gravées sont remplies par un second matériau diélectrique dont l'indice de réfraction est par exemple inférieur à celui du premier matériau diélectrique, et un polissage mécano-chimique (CMP) est effectué pour planariser la couche comportant les nanostructures. La lumière qui traverse ces nanostructures voit un indice de réfraction moyen, ou indice de réfraction effectif, dont la valeur est comprise entre celles des indices de réfraction des deux matériaux diélectriques car les dimensions latérales des nanostructures sont plus petites que les longueurs d'onde destinées à être transmises par le filtre. A partir d'un seul masque, il est possible de faire varier les dimensions de ces nanostructures dans le plan de la couche, et donc de faire varier l'indice de réfraction effectif le long de cette couche structurée dans une gamme comprise entre l'indice de réfraction du second matériau diélectrique et l'indice de réfraction du premier matériau diélectrique. Tous les filtres souhaités au sein de la couche structurée peuvent donc être réalisés avec la mise en œuvre d'une seule étape de lithographie et de gravure. Le procédé de réalisation de ce dispositif de filtrage ne comporte pas de gravure partielle et ne présente donc pas les inconvénients liés à la réalisation de filtres « en escalier ».
Cependant, le domaine spectral accessible pour un tel dispositif de filtrage est limité par l'écart entre les indices de réfraction des matériaux utilisés pour réaliser la couche structurée. Or, dans les domaines visible et proche infrarouge, il n'existe pas de très grands écarts d'indice entre les différents matériaux connus pouvant être utilisés. Ainsi, pour l'ordre 1 des cavités Fabry-Perot, il est possible d'accorder les filtres entre 450 nm et 680 nm seulement, en utilisant du Si02 (indice de réfaction égal à 1,47) comme matériau de bas indice et permettant de réaliser un filtre dont la réponse spectrale est centrée à 450 nm lorsque ce filtre ne comporte que du Si02, et du Ti02 (indice de réfraction égal à 2,25) comme matériau de haut indice et permettant de réaliser un filtre dont la réponse spectrale est centrée à 680 nm lorsque ce filtre ne comporte que du Ti02. Un tel dispositif de filtrage ne permet donc pas de réaliser un filtrage multispectral sur l'ensemble des domaines visible et proche infrarouge simultanément.
Le document US 2011/0290982 Al décrit un dispositif de filtrage dans lequel le même principe de structuration est utilisé pour accorder les filtres par l'indice de réfraction effectif de la couche de matériaux se trouvant entre les couches semi- réflectrices. Une meilleure sélectivité, et notamment une meilleure réjection des filtres, est obtenue grâce à l'utilisation de deux cavités Fabry-Perot superposées l'une sur l'autre pour chacun des filtres. Pour faciliter la réalisation des motifs dans le cas où les nanostructures sont petites par rapport à la résolution accessible en lithographie, il est proposé dans ce document de réaliser, à la place de motifs très fins avec une gravure dans toute l'épaisseur de la couche structurée, des motifs plus larges mais sur une profondeur plus faible de façon à obtenir le même indice effectif. Les proportions en volume des deux matériaux sont dans ce cas les mêmes que pour une gravure à travers toute l'épaisseur du matériau pour les motifs très fins. L'épaisseur physique de la cavité, définie par la distance entre les couches semi-réflectrices correspondant à des couches métalliques, reste également constante.
Comme pour le document US 7 759 679 B2, la gamme spectrale accessible avec ce type de dispositif est limitée par l'écart d'indice entre les deux matériaux diélectriques utilisés. De plus, lorsque des nanostructures sont réalisées à travers une partie seulement de l'épaisseur de la couche, il est nécessaire, pour atteindre les mêmes gammes de longueurs d'onde, de réaliser deux couches nanostructurées l'une sur l'autre, à l'intérieur de chacune des cavités Fabry-Perot. Cela augmente la complexité et le coût de réalisation du dispositif de filtrage car chaque couche nanostructurée nécessite une étape de lithographie à haute résolution. Par ailleurs, la gravure de la seconde couche nanostructurée peut dégrader, par surgravure, la première couche nanostructurée avec un tel procédé.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de filtrage optique résolvant au moins en partie les problèmes des dispositifs de filtrage de l'art antérieur exposés ci-dessus.
Pour cela, la présente invention propose un dispositif de filtrage optique comportant au moins des premier et deuxième filtres interférentiels comprenant chacun au moins une première cavité Fabry-Perot formée par des première et deuxième couches semi-réflectrices entre lesquelles au moins une première couche structurée est disposée, dans lequel : - la première couche structurée appartient conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels, a une épaisseur sensiblement constante, est sensiblement plane et comporte des premières portions d'au moins deux matériaux, diélectriques ou semi-conducteurs, d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans un plan parallèle à la première couche semi-réflectrice, les unes à côté des autres de manière alternée ;
- la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel comporte au moins un premier espaceur disposé entre l'une des première et deuxième couches semi-réflectrices et la première couche structurée tel qu'une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel soit supérieure à une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel ;
et dans lequel les premier et deuxième filtres interférentiels sont réalisés selon une première configuration et/ou une deuxième configuration telles que :
- selon la première configuration, le dispositif comporte en outre une deuxième couche structurée disposée entre les première et deuxième couches semi- réflectrices, appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels, ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des deuxièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice, les unes à côté des autres de manière alternée ;
- selon la deuxième configuration, les premier et deuxième filtres interférentiels comportent chacun au moins une deuxième cavité Fabry-Perot superposée à la première cavité Fabry-Perot et formée par la première et une troisième couches semi-réflectrices entre lesquelles au moins une troisième couche structurée est disposée, la troisième couche structurée appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels, ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des troisièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des deuxièmes cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice, les unes à côté des autres de manière alternée, la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel comportant en outre au moins un deuxième espaceur disposé entre la troisième couche semi-réflectrice et la troisième couche structurée tel qu'une distance entre les première et troisième couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel soit supérieure à une distance entre les première et troisième couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel.
Il est également décrit un dispositif de filtrage optique comportant au moins des premier et deuxième filtres interférentiels comprenant chacun au moins une première cavité Fabry-Perot formée par des première et deuxième couches semi- réflectrices entre lesquelles au moins une première couche structurée est disposée, dans lequel :
- la première couche structurée est commune aux premier et deuxième filtres interférentiels,
- la première couche structurée a une épaisseur sensiblement constante,
- la première couche structurée comporte au moins deux matériaux d'indices de réfraction différents inclus dans chacune des premières cavités Fabry-Perot, et
- la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel comporte au moins un premier espaceur disposé entre l'une des première et deuxième couches semi-réflectrices et la première couche structurée tel qu'une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel soit supérieure à une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel.
L'expression « couche structurée » désigne le fait que la couche comporte des portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents qui forment des structurations, ou motifs, au sein de la couche. Dans une telle couche structurée, des portions du premier des deux matériaux et des portions du deuxième des deux matériaux sont disposées, dans un plan parallèle aux faces principales de cette couche (plan qui est également perpendiculaire à la direction d'empilement des couches du dispositif), les unes à côté des autres de manière alternée, c'est-à-dire telles qu'une portion du premier des deux matériaux soit disposée entre au moins deux portions du deuxième des deux matériaux et qu'une portion du deuxième des deux matériaux soit disposée entre au moins deux portions du premier des deux matériaux. De telles structurations ne correspondent pas à des rugosités ni à une superposition de couches de ces deux matériaux. De telles structurations peuvent être vues comme des structures transversales, ou verticales, disposées les unes à côté des autres dans le plan parallèle aux faces principales de la couche structurée.
Un tel dispositif de filtrage optique propose donc la réalisation de plusieurs filtres interférentiels à cavités Fabry-Perot dont les longueurs d'onde centrales sont définies par plusieurs paramètres liés à la couche structurée (les valeurs des indices de réfraction des deux matériaux utilisés, les paramètres, tels que la forme et les dimensions, des motifs formés par les deux matériaux, l'épaisseur de la couche structurée) mais aussi, pour le ou les deuxièmes filtres interférentiels, par plusieurs paramètres liés à l'espaceur présent dans la ou les cavités Fabry-Perot du ou des deuxièmes filtres interférentiels (indice de réfraction du matériau de l'espaceur, son épaisseur, etc.).
Ainsi, par rapport aux dispositifs de filtrage de l'art antérieur faisant appel uniquement à une couche structurée d'épaisseur constante, le dispositif de filtrage optique selon l'invention est adapté pour réaliser un filtrage dans une gamme de longueurs d'onde plus étendue, pouvant couvrir par exemple le domaine visible et le proche infrarouge, et notamment qui n'est pas limitée par la nature des matériaux servant à la réalisation de la couche structurée, grâce à la présence de l'espaceur dans le ou les deuxièmes filtres interférentiels.
Par rapport à un dispositif de filtrage optique en escalier, le dispositif de filtrage optique selon l'invention peut être réalisé avec un nombre d'étapes de gravure bien inférieur, sans faire appel à des étapes de gravure partielle. Le dispositif de filtrage optique selon l'invention est donc bien adapté pour une fabrication collective des filtres à l'échelle du substrat, ou wafer, sans erreurs induites par des étapes de gravure partielle successives.
Le dispositif de filtrage optique selon l'invention comporte également une structure adaptée pour une intégration sur un capteur, par exemple un capteur d'images de type CMOS, permettant une capture en temps réel dans toute la gamme des réponses spectrales des filtres interférentiels du dispositif de filtrage optique.
Chacun des filtres interférentiels peut transmettre une seule bande spectrale (chaque filtre interférentiel étant donc de type passe-bande) par exemple dans la gamme complète du domaine visible et proche infrarouge, facilitant ainsi le traitement des images capturées via un capteur muni d'un tel dispositif de filtrage optique.
Le dispositif de filtrage optique peut couvrir uniquement le domaine visible, par exemple lorsque les matériaux pouvant être utilisés pour former la couche structurée ont des indices de réfraction de valeurs proches. Dans une autre configuration, le dispositif de filtrage optique peut couvrir au moins une partie du domaine visible et/ou au moins une partie du domaine infrarouge (proche infrarouge et/ou infrarouge moyen et/ou infrarouge lointain) et/ou au moins une partie du domaine UV. Le ou les deuxièmes filtres interférentiels peuvent notamment réaliser un filtrage dans le domaine infrarouge, le ou les premiers filtres interférentiels pouvant être dédiés au domaine visible et/ou UV.
Les cavités Fabry-Perot peuvent être disposées sur un substrat transparent, par exemple en verre. Un tel substrat transparent peut permettre une intégration du dispositif de filtrage optique sur un capteur, par exemple par report sur un substrat de silicium.
Le dispositif de filtrage optique peut comporter une seule couche structurée commune aux premières cavités Fabry-Perot de tous les filtres interférentiels du dispositif et située à l'intérieur des premières cavités Fabry-Perot. Une telle configuration est avantageuse car l'utilisation d'une seule couche structurée par cavité Fabry-Perot simplifie et réduit le coût de la réalisation par rapport à des cavités Fabry-Perot comportant plusieurs couches structurées superposées, et permet également d'éviter une éventuelle dégradation de la couche structurée inférieure lors de la réalisation de la couche structurée supérieure. De plus, la présence de l'espaceur dans le ou les deuxièmes filtres interférentiels permet au dispositif de filtrage optique de couvrir une gamme spectrale au moins aussi étendue que celle couverte par un dispositif de filtrage ne comportant pas d'espaceur mais faisant appel à une ou plusieurs couches structurées superposées.
Le dispositif selon l'invention combine judicieusement plusieurs couches structurées avec un ou plusieurs espaceurs au sein d'un même filtre interférentiel.
Lorsque le dispositif est réalisé selon la première configuration, c'est-à- dire lorsque deux couches structurées distinctes sont utilisées au sein d'une même cavité Fabry-Perot, cela permet de faciliter la réalisation du dispositif, notamment les étapes de lithographie devant être mise en œuvre pour réaliser les couches structurées, par rapport à un dispositif qui comporterait des filtres interférentiels réalisant un filtrage similaire mais qui comporteraient une seule couche structurée. En effet, en répartissant les structurations dans deux couches structurées superposées, les contraintes de réalisation de ces structurations sont plus faibles que lorsque les structurations doivent être réalisées dans une unique couche structurée, pour une gamme de spectres donnée. De plus, cette superposition de couches structurées permet de réaliser, pour une surface d'occupation donnée, un plus grand nombre de filtres interférentiels, et permet donc d'obtenir un plus grand nombre de pics de transmission dans le spectre de filtrage du dispositif.
Lorsque le dispositif est réalisé selon la deuxième configuration, c'est-à- dire lorsque deux cavités Fabry-Perot superposées sont utilisées pour former un filtre interférentiel, les niveaux des pics de transmission du spectre de filtrage du dispositif sont plus homogènes les uns par rapport aux autres, par rapport à un dispositif de filtrage ne faisant appel qu'à une seule cavité Fabry-Perot par filtre interférentiel. Cette deuxième configuration ne correspond pas à une simple superposition de plusieurs cavités
Fabry-Perot. En effet, dans cette deuxième configuration, le deuxième espaceur présent dans la deuxième cavité du deuxième filtre est judicieusement disposé sous la troisième couche structurée et est agencé tel qu'il forme une surface plane avec les éléments autour de lui afin que la troisième couche structurée puisse être réalisée sur cette surface plane. La planéité de la troisième couche structurée se retrouve pour la couche semi- réflectrice commune aux deux cavités superposées et permet donc de réaliser ensuite la première cavité au-dessus de la deuxième cavité, là encore en partant d'une surface plane pour la réalisation de la première couche structurée.
L'espaceur peut être disposé sur ou sous la couche structurée.
La première couche structurée est avantageusement continue d'une cavité Fabry-Perot à l'autre. Autrement dit, les faces principales des parties de la couche structurée disposées dans les différentes cavités sont disposées dans deux plans uniquement.
Les réponses spectrales des filtres interférentiels peuvent couvrir une grande bande spectrale sensiblement continue (chaque filtre interférentiel pouvant former un filtre passe-bande laissant passer une gamme de longueurs d'onde adjacente à une gamme de longueurs d'onde que laisse passer un autre filtre adjacent) ou plusieurs bandes spectrales distinctes non nécessairement adjacentes.
Les deux matériaux d'indices de réfraction différents peuvent correspondre à des matériaux diélectriques et/ou semi-conducteurs. Cela permet d'obtenir une meilleure sélectivité spectrale par rapport aux dispositifs de filtrage faisant appel aux plasmons via l'utilisation de couches métalliques. De même, le premier espaceur peut comporter au moins un matériau diélectrique ou semi-conducteur.
La première couche structurée peut comporter des motifs périodiques formés par des portions d'un deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées dans un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents.
La première couche structurée et/ou la deuxième couche structurée et/ou la troisième couche structurée peuvent comporter des motifs périodiques formés respectivement par les premières et/ou deuxièmes et/ou troisièmes portions d'un deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées dans une couche d'un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents formée respectivement des premières et/ou deuxièmes et/ou troisièmes portions du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents. Dans chacune des premières et/ou deuxièmes cavités Fabry-Perot, des valeurs de dimensions (dimensions dans un plan principal de la couche structurée) et d'une période des motifs périodiques peuvent être inférieures à une valeur d'une longueur d'onde centrale d'une réponse spectrale respectivement de ladite première et/ou deuxième cavité Fabry-Perot à l'ordre 1.
Les motifs périodiques peuvent former, dans un plan principal de la première couche structurée, des structures bidimensionnelles, par exemple des plots de forme rectangulaire ou carrée. Les motifs périodiques sont dans ce cas bien adaptés pour réaliser un filtrage d'une lumière non polarisée ou d'une lumière comportant deux polarisations.
En variante, les motifs périodiques peuvent former, dans le plan principal de la première couche structurée, des structures unidimensionnelles, par exemple des fentes s'étendant selon une seule direction. Les motifs périodiques sont dans ce cas bien adaptés pour réaliser un filtrage d'une lumière comportant une seule polarisation.
De manière avantageuse, les premières et/ou deuxièmes et/ou troisièmes portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents peuvent être formées dans toute l'épaisseur respectivement de la première couche structurée et/ou de la deuxième couche structurée et/ou de la troisième couche structurée.
Il est toutefois possible que les portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents soient formées dans une partie seulement de l'épaisseur de la première couche structurée. Il en est de même pour les deuxième et troisième couches structurées. Dans ce cas, la présence de l'espaceur dans le ou les deuxièmes filtres interférentiels permet de couvrir une grande bande spectrale sans avoir à faire appel nécessairement à deux couches structurées superposées au sein des cavités Fabry-Perot.
Le dispositif de filtrage optique peut comporter en outre au moins une première couche d'arrêt de gravure disposée au moins entre l'une des première et deuxième couches semi-réflectrices et la première couche structurée de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel. Cette couche d'arrêt de gravure peut permettre notamment de protéger la couche structurée lors de la réalisation de l'espaceur qui peut impliquer une étape de gravure de matériau présent sur le ou les premiers filtres interférentiels. Cette couche d'arrêt de gravure peut avoir une sélectivité de gravure importante par rapport à celle du matériau formant l'espaceur. Une seule couche d'arrêt de gravure peut être suffisante pour garantir l'intégrité de la couche structurée commune à l'ensemble des filtres. Il est possible que cette couche d'arrêt de gravure soit présente également au niveau du ou des deuxièmes filtres interférentiels, ce qui simplifie la réalisation de cette couche d'arrêt de gravure sans engendrer de perturbation dans les filtrages réalisés.
Le premier filtre interférentiel et/ou le deuxième filtre interférentiel peut comporter au moins une deuxième cavité Fabry-Perot superposée à la première cavité Fabry-Perot. Par rapport à un filtre interférentiel comportant une seule cavité Fabry-Perot, la superposition de deux cavités Fabry-Perot, avantageusement identiques l'une par rapport à l'autre, permet d'obtenir une meilleure réjection du filtre et une réponse spectrale dont les flancs présentent une pente plus importante, et donc gamme de longueurs d'onde transmises plus précise. En outre, cette configuration permet d'avoir une plus grande uniformité, en termes de transmission maximale, des réponses spectrales des filtres interférentiels sur toute la gamme de longueurs d'onde visée.
Dans cette configuration, l'une des deux couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot peut également former l'une des deux couches semi- réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot.
Lorsque le deuxième filtre interférentiel comporte une deuxième cavité Fabry-Perot, ladite deuxième cavité Fabry-Perot peut comporter au moins un deuxième espaceur disposé entre une troisième couche semi-réflectrice et une deuxième couche structurée de ladite deuxième cavité Fabry-Perot.
Le deuxième espaceur peut comporter au moins un matériau diélectrique ou semi-conducteur. Le premier espaceur et la première couche d'arrêt de gravure peuvent être disposés entre la première couche structurée et la deuxième couche semi-réflectrice, et :
- selon la première configuration, une deuxième couche d'arrêt de gravure peut être disposée entre les première et deuxième couches structurées ;
- selon la deuxième configuration, une troisième couche d'arrêt de gravure peut être disposée entre la troisième couche structurée et la troisième couche semi-réflectrice.
Le dispositif de filtrage optique peut comporter en outre au moins une portion de matériau absorbant vis-à-vis de longueurs d'onde de valeurs inférieures à celle d'une longueur d'onde centrale d'une réponse spectrale de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel, par exemple du silicium amorphe ou polycristallin, disposée sur ou dans la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel. Cette portion de matériau permet dans ce cas d'absorber certaines longueurs d'onde transmises à l'ordre 2 (ou aux ordres supérieurs à 2) de la cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel.
Le premier espaceur et/ou le deuxième espaceur peut comporter du silicium amorphe ou polycristallin, ce qui leur permet de jouer également le rôle de matériau absorbant comme décrit ci-dessus.
Le dispositif de filtrage optique peut comporter plusieurs premiers filtres interférentiels disposés les uns à côté des autres et dans lesquels des proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre dans la première couche structurée et/ou la deuxième couche structurée et/ou la troisième couche structurée peuvent être différentes d'un premier filtre interférentiel à l'autre, et/ou peut comporter plusieurs deuxièmes filtres interférentiels disposés les uns à côté des autres et dans lesquels des proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre dans la première couche structurée et/ou la deuxième couche structurée et/ou la troisième couche structurée peuvent être différentes d'un deuxième filtre interférentiel à l'autre. Les proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre dans le ou les deuxièmes filtres interférentiels peuvent être différentes des proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre dans le ou les premiers filtres interférentiels.
Il est par exemple possible d'avoir plusieurs premiers filtres interférentiels adaptés pour réaliser un filtrage dans le domaine visible, et un ou plusieurs deuxièmes filtres interférentiels adaptés pour réaliser un filtrage dans le domaine infrarouge. Il est possible de réaliser au moins un premier filtre interférentiel adapté pour réaliser un filtrage dans le domaine visible et au moins un deuxième filtre interférentiel adapté pour réaliser un filtrage dans le domaine infrarouge, dans lesquels les proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre sont similaires dans les premier et deuxième filtres interférentiels, le ou les espaceurs seuls présents dans le deuxième filtre permettant de centrer le deuxième filtre sur une longueur d'onde différente de celle sur laquelle le premier filtre est centré.
Le dispositif de filtrage optique peut comporter un nombre total de filtres interférentiels compris entre 5 et 15, ou entre 5 et 10. Un tel dispositif de filtrage optique peut être intégré au sein d'une caméra hyperspectrale.
Les filtres interférentiels du dispositif de filtrage optique peuvent former une matrice de filtres interférentiels.
Chaque couche semi-réflectrice peut comporter au moins un matériau métallique.
L'invention concerne également un capteur d'images comportant au moins un dispositif de filtrage optique tel que défini précédemment, dans lequel chacun des premier et deuxième filtres interférentiels du dispositif de filtrage optique est disposé au niveau d'un ou de plusieurs pixels adjacents du capteur d'images.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif de filtrage optique comportant au moins des premier et deuxième filtres interférentiels comprenant chacun au moins une première cavité Fabry-Perot, comportant au moins les étapes suivantes : - réalisation d'une première couche semi-réflectrice des premières cavités Fabry-Perot ;
- réalisation, sur la première couche semi-réflectrice, d'une première couche structurée appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels, ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des premières portions d'au moins deux matériaux, diélectriques ou semiconducteurs, d'indices de réfraction différents destinées à être disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans un plan parallèle à la première couche semi- réflectrice, les unes à côté des autres de manière alternée ;
- réalisation d'au moins un premier espaceur au niveau d'une région de la première couche structurée destinée à faire partie de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel ;
- réalisation d'une deuxième couche semi-réflectrice des premières cavités Fabry-Perot ;
une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel étant supérieure à une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel,
et dans lequel les premier et deuxième filtres interférentiels sont réalisés selon une première configuration et/ou une deuxième configuration telles que :
- selon la première configuration, le procédé comporte en outre, entre la réalisation de la première couche structurée et la réalisation du premier espaceur, la réalisation d'une deuxième couche structurée destinée à être disposée entre les première et deuxième couches semi-réflectrices, appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels, ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des deuxièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice, les unes à côté des autres de manière alternée ; - selon la deuxième configuration, le procédé comporte en outre, avant la réalisation de la première couche semi-réflectrice, la réalisation d'au moins une deuxième cavité Fabry-Perot de chacun des premier et deuxième filtres interférentiels, superposée à la première cavité Fabry-Perot et formée par la première et une troisième couches semi-réflectrices entre lesquelles au moins une troisième couche structurée est réalisée, la troisième couche structurée appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels, ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des troisièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des deuxièmes cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice, les unes à côté des autres de manière alternée, la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel comportant en outre au moins un deuxième espaceur disposé entre la troisième couche semi-réflectrice et la troisième couche structurée tel qu'une distance entre les première et troisième couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel soit supérieure à une distance entre les première et troisième couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel.
Il est également décrit un procédé de réalisation d'un dispositif de filtrage optique comportant au moins des premier et deuxième filtres interférentiels comprenant chacun au moins une première cavité Fabry-Perot, comportant au moins les étapes suivantes :
- réalisation d'une première couche semi-réflectrice des premières cavités Fabry-Perot ;
- réalisation, sur la première couche semi-réflectrice, d'une première couche structurée comportant au moins deux matériaux d'indices de réfraction différents destinés à être inclus dans chacune des premières cavités Fabry-Perot, la première couche structurée étant commune aux premier et deuxième filtres interférentiels et ayant une épaisseur sensiblement constante ;
- réalisation d'au moins un premier espaceur au niveau d'une région de la première couche structurée destinée à faire partie de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel ; - réalisation d'une deuxième couche semi-réflectrice des premières cavités Fabry-Perot ;
une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel étant supérieure à une distance entre les première et deuxième couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel.
Ce procédé permet de réaliser simultanément plusieurs filtres interférentiels multicouches à cavités Fabry-Perot, par exemple disposés en matrice, dont les longueurs d'onde de résonance couvrent une gamme spectrale non limitée par les indices des matériaux utilisés. Ce procédé a pour avantage de comporter peu d'étapes délicates, et le nombre total d'étapes mises en œuvre reste faible. Ce procédé peut comporter seulement deux étapes de lithographie dont une à haute définition (pour la réalisation de la couche structurée), pour réaliser au moins deux filtres dont les réponses spectrales peuvent être réparties dans le domaine complet visible et proche infrarouge. Par simple modification du masque utilisé pour la lithographie de la couche à structurer, ce procédé permet de réaliser davantage de filtres positionnés à des longueurs d'onde intermédiaires, par exemple plus de 11 filtres interférentiels.
Ce procédé peut comporter des étapes mises en œuvre en technologie couches minces.
La réalisation de la première couche structurée peut comporter la mise en œuvre des étapes suivantes :
- dépôt, sur la première couche semi-réflectrice, d'une couche d'un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- lithographie et gravure de creux dans la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les premières portions du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- dépôt d'une couche d'un deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents dans les creux et sur la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ; - planarisation de la couche du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents avec arrêt sur la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les premières portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents.
La réalisation du premier espaceur peut comporter la mise en œuvre des étapes suivantes :
- dépôt d'une première couche d'arrêt de gravure sur la première couche structurée ou, lorsque les premier et deuxième filtres interférentiels sont réalisés selon la première configuration, sur la deuxième couche structurée ;
- dépôt, sur la première couche d'arrêt de gravure, d'une couche de matériau destinée à former le premier espaceur ;
- lithographie et gravure de la couche de matériau destinée à former le premier espaceur telles qu'une portion restante de ladite couche de matériau forme le premier espaceur.
Le procédé peut comporter en outre, préalablement à la réalisation de la première couche semi-réflectrice, la réalisation de deuxièmes cavités Fabry-Perot superposées aux premières cavités Fabry-Perot.
Dans ce cas, lorsque les premier et deuxième filtres interférentiels sont réalisés selon la deuxième configuration, la réalisation des deuxièmes cavités Fabry-Perot peut comporter la mise en œuvre des étapes suivantes :
- réalisation, au niveau d'une première région d'un substrat sur laquelle le premier filtre interférentiel est destiné à être réalisé, d'un relief dont une épaisseur est sensiblement égale à celle du deuxième espaceur destiné à être réalisé ;
- dépôt de la troisième couche semi-réflectrice sur le relief et sur une deuxième région du substrat sur laquelle le deuxième filtre interférentiel est destiné à être réalisé ;
- réalisation du deuxième espaceur sur une partie de la troisième couche semi-réflectrice destinée à faire partie de la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel, le deuxième espaceur et une partie de la troisième couche semi-réflectrice destinée à faire partie de la deuxième cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel formant une surface supérieure plane ;
- réalisation, sur ladite surface supérieure plane, de la troisième couche structurée ;
et dans lequel la première couche semi-réflectrice peut être ensuite réalisée sur la troisième couche structurée.
Lorsque les premier et deuxième filtres interférentiels sont réalisés selon la première configuration, la réalisation de la deuxième couche structurée peut comporter la mise en œuvre des étapes suivantes :
- dépôt d'une deuxième couche d'arrêt de gravure sur la première couche structurée ;
- dépôt, sur la deuxième couche d'arrêt de gravure, d'une couche d'un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- lithographie et gravure de creux dans la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les deuxièmes portions du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- dépôt d'une couche du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents dans les creux et sur la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- planarisation de la couche du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents avec arrêt sur la couche du premier des deux matéria ux d'indices de réfraction différents, formant les deuxièmes portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux com prise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 et 2 représentent schématiquement un dispositif de filtrage optique selon des premier et deuxième exemples de réalisation ; - la figure 3 représente schématiquement un dispositif de filtrage optique, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 4 représente les réponses spectrales d'un dispositif de filtrage optique selon le premier exemple de réalisation ;
- les figures 5 à 10 représentent schématiquement des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif de filtrage optique selon le premier exemple de réalisation ;
- la figure 11 représente schématiquement un dispositif de filtrage optique, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 12 représente les réponses spectrales d'un dispositif de filtrage optique, objet de la présente invention, selon le deuxième mode de réalisation ;
- les figures 13 à 17 représentent schématiquement des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif de filtrage optique, objet de la présente invention, selon le deuxième mode de réalisation ;
- la figure 18 représente schématiquement un capteur d'images, également objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un dispositif de filtrage optique 100 selon un premier exemple de réalisation.
Le dispositif 100 comporte un substrat 102 transparent, comportant par exemple du verre. Une première couche antireflet 104 est disposée sur le substrat 102. La première couche antireflet 104 comporte par exemple un matériau diélectrique tel que du SiN. Son épaisseur est par exemple égale à environ 50 nm, ou plus généralement comprise entre environ 10 nm et 70 nm. La valeur de l'épaisseur de la couche 104 est fonction de la gamme spectrale visée par le dispositif 100 et de l'indice de réfraction de la couche 104. Des valeurs différentes, et notamment plus importantes que celles indiquées ci-dessus, peuvent être envisagées car l'effet antireflet est périodique avec l'épaisseur de la couche 104. La couche 104 peut être réalisée sous la forme d'une couche mince. Plusieurs couches transparentes aux longueurs d'onde souhaitées des filtres du dispositif 100, et d'indices de réfraction différents, peuvent être disposées sur le substrat 102, empilées les unes sur les autres, un tel multicouche pouvant former un élément antireflet plus performant qu'une unique couche antireflet. En variante, le dispositif 100 peut ne pas comporter de couche antireflet.
Des filtres interférentiels 106 à cavités Fabry-Perot (six filtres référencés 106.1 - 106.6 sur la figure 1) sont disposés sur la première couche antireflet 104. Les six filtres 106.1 - 106.6 sont tels que les longueurs d'onde centrales des réponses spectrales de ces filtres sont différentes les unes par rapport aux autres, et sont appelées respectivement λιοβ.ι - λιοβ.β. De manière générale, le dispositif 100 peut comporter au moins deux filtres interférentiels 106, et avantageusement entre 5 et 15 filtres 106, ou entre 5 et 10 filtres 106, ou même un nombre plus important encore de filtres 106. Le nombre de filtres 106 que comporte le dispositif 100 dépend du nombre de réponses spectrales distinctes souhaitées dans la gamme spectrale devant être traitée par le dispositif 100. Bien que sur la figure 1, les filtres 106 soient disposés les uns à côté des autres le long de l'axe y, les filtres 106 du dispositif 100 sont généralement disposés sous la forme d'une matrice de filtres.
Ces filtres 106 comportent une première couche semi-réflectrice 108, ou miroir semi-réfléchissant, qui est ici commune à tous les filtres 106. La première couche semi-réflectrice 108 correspond à une couche métallique, comportant par exemple de l'argent et dont l'épaisseur est par exemple égale à environ 44 nm ou plus généralement comprise entre environ 30 nm et 60 nm. La première couche antireflet 104 disposée entre le substrat 102 et la première couche semi-réflectrice 108 permet d'éviter ou de limiter des réflexions lumineuses sur la première couche semi-réflectrice 108.
Les filtres 106 comportent également une couche structurée 110 faisant partie du milieu des filtres 106 se trouvant entre les couches semi-réflectrices des filtres 106. Cette couche structurée 110 est commune à tous les filtres 106 et d'épaisseur eN sensiblement constante pour tous les filtres 106. La couche structurée 110 comporte au moins deux matériaux d'indices de réfraction ne et ΠΗ différents, ici des matériaux diélectriques correspondant à du SiN (indice ΠΗ) et du Si02 (indice ne), ces deux matériaux étant structurés tels que les différentes régions de la couche structurée 110 présentes dans les différents filtres 106 comportent différentes proportions en volume de ces deux matériaux afin que l'indice de réfraction effectif de la couche structurée 110 varie d'un filtre à l'autre. Le matériau dont l'indice de réfraction ΠΗ est le plus grand est appelé premier matériau, et correspond ici au SiN, et celui dont l'indice de réfraction ne est le plus petit est appelé deuxième matériau, et correspond ici au Si02. Les matériaux de la couche structurée 110 sont transparents au moins vis-à-vis des longueurs d'onde destinées à être transmises par les filtres 106. En variante, au moins l'un des premier et deuxième matériaux peut correspondre à un matériau semi-conducteur.
Sur l'exemple de la figure 1, une région 112.1 de la couche structurée 110 faisant partie du filtre 106.1 ne comporte que le deuxième matériau. Une région 112.2 de la couche structurée 110 faisant partie du filtre 106.2 comporte le premier matériau dans lequel des creux 114 sont réalisés dans toute l'épaisseur de la couche structurée 110 et sont remplis par des portions du deuxième matériau, formant ainsi des structurations de la couche structurée 110. Dans l'exemple décrit ici, ces creux 114, et donc les portions du deuxième matériau, ont chacun une section, dans un plan principal de la couche structurée 110, c'est-à-dire une plan parallèle à la face de la couche structurée 110 se trouvant contre la première couche semi-réflectrice 108 (parallèle au plan (X,Y) sur la figure 1), de forme rectangulaire ou carrée. La période de la structuration est inférieure à la valeur de la longueur d'onde centrale de la réponse spectrale du filtre 106.2. Les structurations de la couche structurée 110 peuvent avoir des formes autre que rectangulaire ou carrée, par exemple des formes de rainures ou tranchées réalisées sur toute la longueur ou toute la largeur du filtre. Une région 112.3 de la couche structurée 110 faisant partie du filtre 106.3 ne comporte que le premier matériau. Les filtres 106.4,
106.5 et 106.6 comportent chacun une région 112.4, 112.5 et 112.6 de la couche structurée 110 qui sont ici similaires aux régions 112.1, 112.2 et 112.3 respectivement.
Une couche d'arrêt de gravure 116 est disposée sur la couche structurée
110. Cette couche d'arrêt de gravure 116 comporte un matériau se gravant beaucoup plus lentement que les matériaux de l'espaceur 120 décrit plus loin, par exemple de l'AIN ou du Ti02, et qui est transparent vis-à-vis des longueurs d'onde destinées à être transmises par les filtres 106. L'épaisseur de la couche d'arrêt de gravure 116 est par exemple comprise entre environ 5 nm et 10 nm. Cette couche d'arrêt de gravure 116 est présente dans le dispositif de filtrage 100 en raison du procédé de réalisation mis en œuvre et qui est décrit plus loin en liaison avec les figures 5 à 10.
Pour les filtres 106.1 à 106.3, les matériaux transparents se trouvant entre les couches semi-réflectrices de ces filtres correspondent à ceux des régions 112.1 à 112.3 de la couche structurée 110 et à celui de la couche d'arrêt de gravure 116. Ainsi, au niveau de ces filtres 106.1 à 106.3, une deuxième couche semi-réflectrice 118 est disposée directement sur la couche d'arrêt de gravure 116. Ainsi, la lumière incidente aux filtres 106.1 à 106.3 se réfléchit entre les couches semi-réflectrices 108 et 118 dans la couche structurée 110 et la couche d'arrêt de gravure 116. La hauteur, ou l'épaisseur, des cavités Fabry-Perot des filtres 106.1 à 106.3 formées entre les deux couches semi- réflectrices 108 et 118 est égale à la somme de l'épaisseur eN de la couche structurée 110 et de l'épaisseur de la couche d'arrêt de gravure 116.
Pour les filtres 106.4 à 106.6, la deuxième couche semi-réflectrice 118 n'est pas disposée directement sur la couche d'arrêt de gravure 116 mais sur un espaceur 120 correspondant ici à une portion de matériau diélectrique d'indice de réfraction ns et d'épaisseur es, disposé entre la couche d'arrêt de gravure 116 et la deuxième couche semi-réflectrice 118. La hauteur, ou l'épaisseur, des cavités Fabry-Perot des filtres 106.4 à
106.6 formées entre les deux couches semi-réflectrices 108 et 118 est donc différente de celle des filtres 106.1 à 106.3 en raison de la présence de l'espaceur 120, modifiant ainsi les valeurs des longueurs d'onde centrales λιο6.4 à λιο6.6 des réponses spectrales de ces filtres par rapport à celles des longueurs d'onde centrales λιοβ.ι à λιο6.3 des réponses spectrales des filtres 106.1 à 106.3. Cette épaisseur est égale à la somme de l'épaisseur eN de la couche structurée 110, de l'épaisseur de la couche d'arrêt de gravure 116 et de l'épaisseur es de l'espaceur 120. Le matériau de l'espaceur 120 correspond par exemple à l'un des matériaux de la couche structurée, avantageusement celui de plus bas indice ne, ou à un tout autre matériau diélectrique ou semi-conducteur. L'espaceur 120 comporte un matériau transparent vis-à-vis des longueurs d'onde destinées à être transmises par les filtres 106.4 à 106.6. Sur l'exemple de la figure 1, l'espaceur 120 comporte du Si02. La lumière incidente aux filtres 106.4 à 106.6 se réfléchit entre les couches semi-réflectrices 108 et 118 dans la couche structurée 110, la couche d'arrêt de gravure 116 et l'espaceur 120.
De manière générale, le dispositif 100 comporte au moins un filtre dont la hauteur, ou l'épaisseur, est différente d'un ou plusieurs autres filtres du dispositif 100 en raison de la présence de l'espaceur 120 dans ce filtre.
Une deuxième couche antireflet 122 est disposée sur la deuxième couche semi-réflectrice 118 au niveau de tous les filtres 106, et permet d'éviter ou de limiter les réflexions lumineuses sur la deuxième couche semi-réflectrice 118. Cette deuxième couche antireflet 122 est par exemple d'épaisseur similaire à celle de la couche 104. Plusieurs deuxièmes couches antireflet 122 peuvent être disposées sur la deuxième couche semi-réflectrice 118.
Ainsi, les valeurs des longueurs d'onde centrales des réponses spectrales des filtres 106 du dispositif 100 sont définies à la fois par la valeur de l'épaisseur des cavités Fabry-Perot des filtres 106 qui diffèrent au sein du dispositif 100, et par la valeur de l'indice effectif du milieu entre les couches semi-réflectrices qui change d'un filtre à l'autre au sein du dispositif 100 grâce à la couche structurée 110.
La valeur de l'épaisseur eN de la couche structurée 110 est définie selon l'équation (1) précédemment décrite (la couche d'arrêt 116 a peu d'influence sur le filtrage réalisé et, pour les calculs réalisés à partir de l'équation (1), elle peut être considérée, en première approximation, comme absente des filtres 106). Ainsi, cette épaisseur eN peut être fixée en considérant les caractéristiques du premier filtre 106.1 dont la longueur d'onde λιοβ.ι a la plus petite valeur parmi celles des longueurs d'onde centrales des réponses spectrales des filtres 106 du dispositif de filtrage 100, c'est-à-dire en fonction des valeurs de λιοβ.ι et de l'indice ne du deuxième matériau qui est le seul présent dans la région 112.1 de la couche structurée 110 du premier filtre 106.1. La valeur de la longueur d'onde λιο6.3, c'est-à-dire la valeur de la plus grande longueur d'onde centrale des réponses spectrales parmi les filtres qui ne comportent pas l'espaceur 120, est fonction de l'épaisseur eN et de l'indice ΠΗ du premier matériau qui est le seul présent dans la région 112.3 de la couche structurée 110 du filtre 106.3. Pour les filtres qui ne comportent pas l'espaceur 120 et qui comportent des régions de la couche structurée 100 comprenant des structurations formées par les premier et deuxième matériaux (le filtre 106.2 sur l'exemple de la figure 1), les dimensions des structurations, correspondant aux dimensions des creux 114, peuvent être calculées comme décrit dans le document US 2011/0290982 Al.
La valeur de l'épaisseur es de l'espaceur 120 est fixée en considérant les caractéristiques du filtre 106.4 dont la longueur d'onde λιο6.4 a la plus petite valeur parmi celles des longueurs d'onde centrales des réponses spectrales des filtres qui comportent l'espaceur 120, c'est-à-dire en fonction des valeurs de λιο6.4 et de l'indice ne du deuxième matériau qui est le seul présent dans la région 112.4 de la couche structurée 110 du filtre 106.4, et aussi en fonction de l'indice de réfraction ns du matériau de l'espaceur 120. L'équation (1) précédemment décrite peut être utilisée pour le calcul de cette épaisseur es, le numérateur de cette équation correspondant à la somme des chemins optiques dans chacune des couches 110 et 120, soit 2nses + 2ΠΒΘΝ (comme précédemment, pour des raisons de simplification des calculs réalisés à partir de l'équation (1), la couche d'arrêt de gravure 116 est considérée, en première approximation, comme absente des filtres 106 en raison du faible impact de cette couche sur les filtrages réalisés). La valeur de la longueur d'onde Xwe.e, c'est-à-dire la valeur de la plus grande longueur d'onde centrale des réponses spectrales parmi les filtres qui comportent l'espaceur 120, est fonction des épaisseurs eN et es et de l'indice ΠΗ du premier matériau qui est le seul présent dans la région 112.6 de la couche structurée 110 du filtre 106.6 (les chemins optiques considérés sont des chemins optiques dans chacune des couches 110 et 120, soit 2nses + 2ΠΗΘΝ). Pour les filtres qui comportent l'espaceur 120 et qui comportent des régions de la couche structurée 100 comprenant des structurations (le filtre 106.5 sur l'exemple de la figure 1), les dimensions des structurations peuvent être calculées comme décrit dans le document US 2011/0290982 Al. Ces dimensions sont généralement supérieures à la valeur de la longueur d'onde centrale de la réponse spectrale du filtre comportant les structurations.
Le design du dispositif 100 peut être tel que λιο6.3 = λιο6.4 de sorte que les plages spectrales couvertes par les deux groupes de filtres (premier groupe de filtres 106.1 - 106.3 qui ne comportent pas l'espaceur 120 et deuxième groupe de filtres 106.4 - 106.6 qui comportent l'espaceur 120) sont contigues et résultent en une seule plage spectrale couvrant un large spectre. Il est toutefois possible que ce ne soit pas le cas.
Les modifications des réponses spectrales induites par la réflexion de Fresnel à l'interface entre la couche structurée 110 et l'espaceur 120, et par la couche d'arrêt de gravure 116 dans les cavités des filtres 106, ne sont en général pas significatives, et peuvent être minimisées ou optimisées à bon escient par des procédés classiques de simulation d'empilements multicouches faisant appel à des logiciels utilisant des algorithmes d'optimisation multicouches basés sur le formalisme d'Abélès telle que la méthode des needles comme décrit par exemple dans le document « Application of the needle optimization technique to the design of optical coatings » et A. V. Tikhonravov et al., Applied Optics, vol. 35, n°28, pages 5493-5508, 1er octobre 1996.
Dans le premier exemple de réalisation précédemment décrit, l'espaceur 120 est disposé entre la deuxième couche semi-réflectrice 118 et la couche structurée 110. En variante, l'espaceur 120 peut être disposé entre la première couche semi-réflectrice 108 et la couche structurée 110, avec dans ce cas un relief préalablement formé sur le substrat 102, comme cela est décrit ultérieurement en liaison avec les figures 11 à 18.
La couche d'arrêt de gravure 116 est présente au moins au niveau des filtres 106 qui ne comportent pas l'espaceur 120. Pour des raisons de simplification de réalisation, la couche d'arrêt de gravure peut être présente au niveau de tous les filtres 106, comme c'est le cas sur l'exemple de la figure 1. La couche d'arrêt de gravure 116 est disposée sur ou sous la couche structurée 110 selon que l'espaceur 120 est disposé sur ou sous la couche structurée 110.
Les couches semi-réflectrices 108 et 118 comportent de préférence au moins un métal. L'indice de réfraction d'un métal est complexe et peut être noté n + ik. Le métal formant les couches semi-réflectrices 108 et 118 est choisi de préférence tel que le rapport k/n soit le plus élevé possible, par exemple au moins égal à environ 10, dans tout le domaine spectral couvert par les filtres interférentiels 106 afin d'obtenir une bonne transmission des longueurs d'onde à l'ordre 1 et une bonne réjection des longueurs d'onde aux ordres supérieurs, et ce qui est le cas de l'argent.
En variante, les filtres 106.4 à 106.6 peuvent comporter plusieurs espaceurs 120 formés d'un ou plusieurs matériaux transparents aux longueurs d'onde destinées à être transmises par les filtres 106.4 - 106.6.
En variante du premier exemple de réalisation, le dispositif 100 peut comporter, en plus des filtres 106.1 à 106.6, d'autres filtres formés à partir des couches semi-réflectrices 108 et 118, de la couche structurée 110, mais qui comportent un ou plusieurs espaceurs tels que la hauteur, ou l'épaisseur, des cavités Fabry-Perot de ces filtres soit différente de celles des filtres 106.1 à 106.6. Le dispositif 100 peut comporter plusieurs groupes de filtres 106 incluant chacun un (ou plusieurs) espaceur d'épaisseur différente et/ou de matériau(x) différent(s). Il est notamment possible que tous les groupes de filtres (chaque groupe de filtres correspondant aux filtres ayant une même épaisseur) comportent un espaceur. La présence d'un espaceur dans tous les filtres 106 peut améliorer l'adhérence lors du dépôt de la deuxième couche semi-réflectrice 118 sur ces espaceurs, par rapport à un dépôt de la deuxième couche semi-réflectrice 118 directement sur la couche d'arrêt de gravure 116.
Dans le premier exemple de réalisation précédemment décrit, les creux 114 sont réalisés à travers toute l'épaisseur de la couche structurée 110. Dans un deuxième exemple de réalisation représenté sur la figure 2, les creux 114 sont réalisés à travers une partie de l'épaisseur de la couche structurée 110. Ainsi, le premier matériau d'indice de réfraction ΠΗ est également présent sous les portions du deuxième matériau d'indice de réfraction ne remplissant les creux 114. Le fait que les creux 114 ne traversent qu'une partie de l'épaisseur de la couche structurée 110 implique que pour obtenir un indice de réfraction effectif donné au niveau d'une région de la couche structurée 110 qui comporte ces creux (correspondant aux régions 112.2 et 112.5 sur la figure 2), les dimensions latérales des creux 114, c'est-à-dire les dimensions dans le plan (X,Y), sont supérieures à celles de creux permettant d'obtenir ce même indice de réfraction effectif mais qui seraient réalisés dans toute l'épaisseur de la couche structurée 110.
Dans les deux exemples de réalisation précédemment décrits, dans chaque groupe de filtres 106, un seul filtre (le filtre 106.2 pour le groupe de filtres ne comportant pas l'espaceur 120, et le filtre 106.5 pour le groupe de filtres comportant l'espaceur 120) comporte des structurations. Il est toutefois possible que dans chaque groupe de filtres, plusieurs filtres, voire tous les filtres, comportent des structurations de différentes dimensions afin d'obtenir des réponses spectrales différentes.
Dans les deux exemples de réalisation précédemment décrits, le dispositif 100 comporte une seule couche structurée 100 commune à tous les filtres 106 et disposée entre les couches semi-réflectrices 108 et 118 de ces filtres 106. La figure 3 représente le dispositif 100 selon un premier mode de réalisation comportant dix filtres 106.1 à 106.10, chacun de ces filtres comportant entre les deux couches semi-réflectrices 108 et 118, deux parties de deux couches structurées 110.1 et 110.2 disposées l'une sur l'autre. Les filtres 106.1 à 106.5 forment le premier groupe de filtres ne comportant pas l'espaceur 120, et les filtres 106.6 à 106.10 forment le deuxième groupe de filtres comportant l'espaceur 120.
Le filtre 106.1 comporte des régions 112.11 et 112.21 des couches structurées 110.1 et 110.2 ne comportant que le deuxième matériau. Le filtre 106.2 comporte une région 112.12 de la première couche structurée 110.1 ne comportant que le deuxième matériau, et une région 112.22 de la deuxième couche structurée 110.2 comportant le premier matériau dans lequel des creux 114.2 sont réalisés à travers toute l'épaisseur de la deuxième couche structurée 110.2 et sont remplis par le deuxième matériau. Le filtre 106.3 comporte des régions 112.13 et 112.23 des couches structurées 110.1 et 110.2 comportant le premier matériau dans lequel des creux 114.1 et 114.2 sont réalisés et remplis par le deuxième matériau. Le filtre 106.4 comporte une région 112.14 de la première couche structurée 110.1 comportant uniquement le premier matériau, et une région 112.24 de la deuxième couche structurée 110.2 comportant le premier matériau dans lequel des creux 114.2 sont réalisés à travers toute l'épaisseur de la deuxième couche structurée 110.2 et sont remplis par le deuxième matériau. Enfin, le filtre 106.5 comporte des régions 112.15 et 112.25 des couches structurées 110.1 et 110.2 ne comportant que le premier matériau. Les régions 112.16 à 112.20 et 112.26 à 112.30 des couches structurées 110.1 et 110.2 dans les filtres 106.6 à 106.10 sont similaires à celles des filtres 106.1 à 106.5.
Une première couche d'arrêt de gravure 116.1 est disposée sur la deuxième couche structurée 110.2. La fonction de cette première couche d'arrêt de gravure 116.1 est similaire à celle précédemment décrite pour la couche d'arrêt de gravure 116.
Une deuxième couche d'arrêt de gravure 116.2 comportant un matériau se gravant beaucoup plus lentement que le premier matériau de la deuxième couche structurée 110.2 est interposée entre les couches structurées 110.1 et 110.2. Cette deuxième couche d'arrêt de gravure 116.2 permet de ne pas endommager la première couche structurée 110.1 lors de la réalisation de la deuxième couche structurée 110.2, plus particulièrement lors de la gravure du premier matériau de la deuxième couche structurée 110.2. Cette deuxième couche d'arrêt de gravure 116.2 comporte par exemple un matériau de nature similaire à celui de la première couche d'arrêt de gravure 116.1, tel que de l'AIN ou du Ti02, et qui est transparent vis-à-vis des longueurs d'onde destinées à être transmises par les filtres 106. L'épaisseur de la deuxième couche d'arrêt de gravure 116.2 est par exemple comprise entre environ 2 nm et 10 nm.
Ainsi, l'indice effectif dans les régions des couches structurées 110.1 et
110.2 diffèrent, dans chaque groupe de filtres, d'un filtre à l'autre, ce qui permet de réaliser des filtres présentant des réponses spectrales différentes. La combinaison des régions de plusieurs couches structurées superposées permet donc de réaliser un plus grand nombre de régions d'indice de réfraction effectif différent, étant donné que les dimensions latérales accessibles des structures sont limitées par les possibilités technologiques. En contrepartie, le procédé pour réaliser le dispositif de filtrage selon le premier mode de réalisation est plus complexe que pour la réalisation d'un dispositif de filtrage ne comportant qu'une seule couche structurée comme dans les premier et deuxième exemples de réalisation. Toutefois, cette configuration du dispositif de filtrage avec deux couches structurées superposées permet de faciliter la lithographie réalisée par rapport à celle mise en œuvre lors de la réalisation d'un dispositif de filtrage comportant autant de filtres, avec des plages de filtrage spectrale similaires, mais formés dans une seule couche structurée.
Comme dans le deuxième exemple de réalisation, les creux réalisés dans les couches structurées 110.1 et 110.2 peuvent être réalisés à travers une partie seulement de l'épaisseur de ces couches.
La figure 4 représente des réponses spectrales (c'est-à-dire la valeur du coefficient de transmission T en fonction de la longueur d'onde, en nanomètres sur la figure 4) obtenues pour un dispositif de filtrage 100 comportant une seule couche structurée 110 dans laquelle les structurations sont réalisées dans toute l'épaisseur de la couche structurée 110. Ce dispositif de filtrage comporte six filtres 106 ne comportant pas l'espaceur 120 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 10, 12, 14, 16, 18 et 20, et cinq filtres comportant l'espaceur 120 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 22, 24, 26, 28 et 30.
Le dispositif de filtrage 100 permettant d'obtenir les réponses spectrales représentées sur la figure 4 comporte les éléments suivants :
- substrat 102 en verre ;
- première couche antireflet 104 en SiN et d'épaisseur égale à 50 nm ;
- première couche semi-réflectrice 108 en Ag et d'épaisseur égale à 44 nm ;
- couche structurée 110 d'épaisseur eN égale à 105 nm, dont le deuxième matériau est du Si02, dont le premier matériau est du SiN et comportant des structurations, et donc des creux 114, de forme rectangulaire ;
- espaceur 120 en Si02 et d'épaisseur es égale à 80 nm ; - deuxième couche semi-réflectrice 118 en Ag et d'épaisseur égale à
50 nm ;
- deuxième couche antireflet 122 en SiN et d'épaisseur égale à 42 nm. Le SiN utilisé dans ce dispositif de filtrage est enrichi en silicium, ce qui lui confère un indice de réfraction relativement élevé, proche de celui du Ti02, avec en contrepartie une certaine absorption des basses longueurs d'onde (ce qui n'a pas d'impact dans le cas présent puisque les filtres dont la réponse spectrale se situe dans le bleu comportent peu ou pas de SiN).
Au niveau des filtres comportant l'espaceur 120, la deuxième couche antireflet 122 est recouverte d'une portion de silicium amorphe d'épaisseur par exemple égale à 15 nm. Cette portion de silicium amorphe permet, au niveau des basses longueurs d'onde correspondant approximativement à celles de la couleur bleu, d'atténuer des « rebonds » ou pics secondaires des réponses spectrales des filtres comportant l'espaceur 120 et dont les longueurs d'onde centrales sont les plus grandes. Ces rebonds sont causés par les ordres supérieurs à l'ordre 1 des cavités Fabry-Perot de ces filtres. La portion de silicium amorphe est transparente dans le reste du domaine spectral. Cette portion de silicium amorphe permet également, par interférences constructives, d'augmenter la transmission des filtres au niveau desquels la portion de silicium amorphe est localisée.
Les onze filtres de ce dispositif de filtrage couvrent une bande spectrale comprise entre environ 450 nm et 900 nm. Les longueurs d'onde centrales des réponses spectrales (d'ordre 1) sont uniformément réparties dans cette bande spectrale qui couvre la majeure partie du spectre visible et proche infrarouge. Les six filtres interférentiels ne comportant pas l'espaceur 120 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 10, 12, 14, 16, 18 et 20 couvrent une première partie de cette bande spectrale allant d'environ 450 nm à environ 680 nm. Les cinq filtres interférentiels comportant l'espaceur 120 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 22, 24, 26, 28 et 30 couvrent une deuxième partie de cette bande spectrale allant d'environ 720 nm à environ 900 nm.
Les proportions volumiques relatives de Si02 et de SiN dans les régions de la couche structurée 110 au sein de ces différents filtres sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Dans ce tableau, les filtres sont identifiés par la valeur de la longueur d'onde centrale de leur réponse spectrale. Les largeurs des plots de SiN dans les régions de la couche structurée 110, les largeurs des espaces entre ces plots, ainsi que la période de ces plots, sont indiquées également dans ce tableau.
Les figures 5 à 10 représentent des étapes d'un procédé de réalisation du dispositif 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 1.
La première couche antireflet 104 est tout d'abord déposée sur le substrat 102, puis la première couche semi-réflectrice 108 est déposée sur la première couche antireflet 104. Une couche 124 comportant le premier matériau et d'épaisseur égale à l'épaisseur eN de la couche structurée 110 destinée à être réalisée est ensuite déposée sur la première couche semi-réflectrice 108 (figure 5). De manière avantageuse, préalablement au dépôt de la couche 124, la première couche semi-réflectrice 108 peut être encapsulée par une fine couche de protection (non représentée sur les figures) pour éviter la dégradation du métal de la première couche semi-réflectrice 108 par l'air ou par la gravure de la couche 124 réalisée par la suite.
Des étapes de lithographie et de gravure de la couche 124 sont ensuite mises en œuvre afin de former les creux 114 au niveau des régions de la couche structurée destinées à comporter des structurations, et ainsi supprimer les parties de la couche 124 se trouvant au niveau des régions de la couche structurée 110 destinées à ne pas comporter le premier matériau (figure 6). Lorsque ces creux 114 traversent toute l'épaisseur de la couche 124, comme c'est le cas dans l'exemple décrit ici, la première couche semi-réflectrice 108 sert de couche d'arrêt de gravure lors de la gravure des creux 114.
Comme représenté sur la figure 7, une couche 126 comportant le deuxième matériau et d'épaisseur au moins égale à l'épaisseur eN de la couche structurée 110, et généralement égale à deux ou trois fois l'épaisseur eN pour faciliter la mise en œuvre du polissage suivant, est ensuite déposée sur la structure précédemment réalisée, dans les parties gravées de la couche 124 (c'est-à-dire dans les creux 114 et au niveau des régions de la couche structurée 110 destinées à comporter uniquement le deuxième matériau). Des parties de la couche 126 sont également déposées sur les parties restantes de la couche 124.
Un polissage mécano-chimique (CMP) est ensuite réalisé avec arrêt sur les portions restantes de la couche 124, supprimant ainsi les parties de la couche 126 déposées sur les parties restantes de la couche 124 (figure 8), et formant la couche structurée 110.
Comme représenté sur la figure 9, la couche d'arrêt de gravure 116 est ensuite déposée sur la couche structurée 110, puis une couche 127 comportant le matériau de l'espaceur 120 et d'épaisseur es est déposée sur la couche d'arrêt de gravure 116.
Des étapes de lithographie et de gravure de la couche 127 sont ensuite mises en œuvre afin qu'une portion restante de la couche 127 forme l'espaceur 120 (figure 10). La présence de la couche d'arrêt de gravure 116 au niveau de la ou des parties gravées de la couche 127 évite une sur-gravure dans la couche structurée 110 pendant la gravure de la couche 127.
La deuxième couche semi-réflectrice 118 est ensuite déposée sur l'ensemble de la structure, c'est-à-dire sur l'espaceur 120 et sur la ou les parties de la couche d'arrêt de gravure 116 non recouvertes par l'espaceur 120. Une fine couche d'adhérence (non représentée) peut être déposée sur l'ensemble de la structure, préalablement au dépôt de la deuxième couche semi-réflectrice 118. La deuxième couche antireflet 122 est ensuite déposée sur la deuxième couche semi-réflectrice 118. Le dispositif obtenu correspond au dispositif 100 représenté sur la figure 1.
La figure 11 représente le dispositif de filtrage 100 selon un deuxième mode de réalisation dans lequel chaque filtre interférentiel 106.1 - 106.6 comporte deux cavités Fabry-Perot superposées l'une au-dessus de l'autre.
Le dispositif 100 comporte la première couche antireflet 104 disposée sur le substrat 102. L'épaisseur de la partie de la première couche antireflet 104 formée au niveau du premier groupe de filtres 106.1 - 106.3 ne comportant pas d'espaceur est supérieure à celle de la partie de la première couche antireflet 104 formée au niveau du deuxième groupe de filtres 106.4 - 106.6. Une troisième couche semi-réflectrice 128 est disposée sur la première couche antireflet 104. Au niveau du deuxième groupe de filtres 106.4 - 106.6, un deuxième espaceur 120.2 est réalisé sur la troisième couche semi- réflectrice 128. La première couche antireflet 104 forme ainsi, au niveau d'une première région du substrat 102 sur laquelle le premier groupe de filtres 106.1 - 106.3 est destiné à être réalisé, un relief dont l'épaisseur est sensiblement égale à celle du deuxième espaceur 120.2. La somme des épaisseurs de la troisième couche semi-réflectrice 128 et de la partie de la première couche antireflet 104 au niveau du premier groupe de filtres 106.1 - 106.3 est donc sensiblement égale à celle des épaisseurs du deuxième espaceur 120.2, de la troisième couche semi-réflectrice 128 et de la partie de la première couche antireflet 104 au niveau du deuxième groupe de filtres 106.4 - 106.6. En variante, ce relief pourrait être réalisé en creusant le substrat 102, la première couche antireflet 104 pouvant dans ce cas avoir une épaisseur constante. Une face supérieure de la troisième couche semi-réflectrice 128 au niveau du premier groupe de filtres 106.1 - 106.3 et une face supérieure du deuxième espaceur 120.2 forment une surface plane sur laquelle est disposée une autre couche d'arrêt de gravure 116.3, appelée troisième couche d'arrêt de gravure pour la distinguer de la deuxième couche d'arrêt de gravure 116.2 précédemment décrite en liaison avec la figure 3, dont le rôle est de protéger le deuxième espaceur 120.2.
Le dispositif 100 comporte une autre couche structurée 110.3, appelée troisième couche structurée pour la distinguer de la deuxième couche structurée 110.2 précédemment décrite en liaison avec la figure 3, commune à tous les filtres 106.1 - 106.6. La troisième couche structurée 110.3 comporte les deux matériaux d'indices de réfraction différents et, dans certaines régions, des structurations similaires à celles précédemment décrites en liaison avec la figure 1. La troisième couche structurée 110.3 est ici similaire à la couche structurée 110 précédemment décrite en liaison avec la figure 1.
La première couche semi-réflectrice 108, comportant par exemple un matériau similaire à celui de la troisième couche semi-réflectrice 128, est disposée sur la troisième couche structurée 110.3. Ainsi, pour chacun des filtres 106.1 - 106.6, une deuxième cavité Fabry-Perot est formée entre les deux couches semi-réflectrices 108 et 128. Des premières cavités Fabry-Perot, similaires à celles du dispositif 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 1, sont ensuite réalisées sur les deuxièmes cavités Fabry-Perot.
La première couche structurée 110.1 commune à tous les filtres 106.1 - 106.6 est disposée sur la première couche semi-réflectrice 108. La première couche structurée 110.1 est similaire à la troisième couche structurée 110.3.
La première couche d'arrêt de gravure 116.1 est disposée sur la première couche structurée 110.1.
Le premier espaceur 120.1, par exemple similaire au deuxième espaceur 120.2, est disposé sur la première couche d'arrêt de gravure 116.1 au niveau du deuxième groupe de filtres 106.4 - 106.6. La deuxième couche semi-réflectrice 118 est disposée sur le premier espaceur 120.1 et, au niveau du premier groupe de filtres 106.1 - 106.3, sur la première couche d'arrêt de gravure 116.1.
La deuxième couche antireflet 122, par exemple similaire à celle précédemment décrite en liaison avec la figure 1, est disposée sur la deuxième couche semi-réflectrice 118. Au niveau de chacun des filtres 106.1 - 106.6, les deux cavités Fabry- Perot formées peuvent être similaires l'une par rapport à l'autre.
Par rapport aux filtres interférentiels du dispositif 100 selon le premier exemple de réalisation, ceux du dispositif 100 selon le deuxième mode de réalisation présentent une meilleure réjection et une meilleure sélectivité.
Du fait que la réalisation de chacune des couches structurées 110.1 et
110.3 nécessite la mise en œuvre d'une étape de planarisation par exemple par CMP, chaque couche structurée 110.1 et 110.3 est réalisée sur une face plane (la face supérieure de la troisième couche d'arrêt de gravure 116.3 pour la troisième couche structurée 110.3 et la face supérieure de la première couche semi-réflectrice 108 pour la première couche structurée 110.1). Pour cela, le deuxième espaceur 120.2 est disposé sous la troisième couche structurée 110.3. Ainsi, après la réalisation des deuxièmes cavités Fabry-Perot des filtres 106.1 - 106.6, la surface sur laquelle les premières cavités Fabry-Perot des filtres 106.1 - 106.6 sont réalisées est plane.
La figure 12 représente les réponses spectrales obtenues pour un dispositif de filtrage similaire à celui décrit en liaison avec la figure 11, c'est-à-dire comportant deux couches structurées 110.1 et 110.3 dans lesquelles les structurations sont réalisées à travers toute l'épaisseur et formant, pour chaque filtre, deux cavités Fabry-Perot superposées l'une au-dessus de l'autre. Ce dispositif de filtrage comporte six filtres interférentiels ne comportant pas les espaceurs 120.1 et 120.2 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 40, 42, 44, 46, 48 et 50, et cinq filtres interférentiels comportant les espaceurs 120.1 et 120.2 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 52, 54, 56, 58 et 60.
Le dispositif de filtrage 100 permettant d'obtenir les réponses spectrales représentées sur la figure 12 comporte les éléments suivants :
- substrat 102 en verre ; - première couche antireflet 104 en SiN et d'épaisseur égale à 20 nm au niveau des cinq filtres comportant les espaceurs, et d'épaisseur égale à 100 nm au niveau des six filtres ne comportant pas les espaceurs ;
- troisième couche semi-réflectrice 128 en Ag et d'épaisseur égale à 27 nm ;
- deuxième espaceur 120.2 en Si02 et d'épaisseur égale à
80 nm ;
- troisième couche structurée 110.3 d'épaisseur eN égale à 105 nm, dont le deuxième matériau est du Si02, dont le premier matériau est du SiN et comportant des creux 114 de forme rectangulaires ;
- première couche semi-réflectrice 108 en Ag et d'épaisseur égale à
61 nm ;
- première couche structurée 110.1 d'épaisseur eN égale à 105 nm, dont le deuxième matériau est du Si02, dont le premier matériau est du SiN et comportant des creux 114 de forme rectangulaires ;
- premier espaceur 120.1 en Si02 et d'épaisseur es égale à
80 nm ;
- deuxième couche semi-réflectrice 118 en Ag et d'épaisseur égale à
27 nm ;
- deuxième couche antireflet 122 en SiN et d'épaisseur égale à 67 nm.
Comme dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, le SiN utilisé dans ce dispositif de filtrage est enrichi en silicium et, au niveau des filtres comportant les espaceurs 120.1 et 120.2, la deuxième couche antireflet 122 est recouverte d'une portion de silicium amorphe d'épaisseur égale à 120 nm. En outre, la première couche antireflet 104 est adaptée à l'impédance optique de tous les filtres
106.1 - 106.6 à la longueur d'onde d'intérêt de chacun de ces filtres.
Les onze filtres de ce dispositif de filtrage couvrent une bande spectrale entre environ 450 nm et 900 nm. Les longueurs d'onde centrales des réponses spectrales (d'ordre 1) sont uniformément réparties dans cette bande spectrale qui couvre la majeure partie du spectre visible et proche infrarouge. Les six filtres interférentiels ne comportant pas les espaceurs 120.1 et 120.2 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 40, 42, 44, 46, 48 et 50 couvrent une première partie de cette bande spectrale allant d'environ 450 nm à environ 680 nm. Les cinq filtres interférentiels comportant les espaceurs 120.1 et 120.2 et dont les réponses spectrales correspondent aux courbes référencées 52, 54, 56, 58 et 60 couvrent une deuxième partie de cette bande spectrale allant d'environ 720 nm à environ 900 nm. Par rapport aux réponses spectrales représentées sur la figure 4, celles représentées sur la figure 12 présentent des amplitudes maximales plus homogènes les unes par rapport aux autres, grâce à la superposition de deux cavités Fabry-Perot dans chacun des filtres 106.
Les figures 13 à 17 représentent des étapes d'un procédé de réalisation du dispositif de filtrage 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 11.
Une première couche 130, à partir de laquelle la première couche antireflet 104 est destinée à être réalisée, est déposée sur le substrat 102 (figure 13). L'épaisseur de cette première couche 130 est égale à l'épaisseur du deuxième espaceur 120.2 destiné à être réalisé.
Comme représenté sur la figure 14, une lithographie et une gravure de cette première couche 130 sont ensuite mises en œuvre dans la première couche 130 telles qu'une portion restante 132 de la première couche 130 est destinée à formée une partie de la première couche antireflet 104 localisé au niveau des filtres 106.1 - 106.3 ne comportant pas d'espaceurs.
La première couche antireflet 104 est ensuite achevée en déposant un matériau similaire à celui de la première couche 130 à la fois sur la portion restante 132 de la première couche 130 et sur la partie du substrat 102 non recouverte par la portion restante 132, avec une épaisseur égale à celle de la partie de première couche antireflet 104 destinée à être localisée au niveau des filtres destinés à comporter les espaceurs
120.1 et 120.2.
La troisième couche semi-réflectrice 128 est ensuite déposée sur la première couche antireflet 104. Une couche destinée à former le deuxième espaceur 120.2, c'est-à-dire comportant le matériau de ce deuxième espaceur 120.2 et dont l'épaisseur est au moins égale à celle du deuxième espaceur 120.2 est ensuite déposée sur la troisième couche semi-réflectrice 128. Une planarisation de type CMP est ensuite mise en œuvre avec arrêt sur la partie de la troisième couche semi-réflectrice 128 (ou d'une fine couche de protection non représentée) se trouvant sur la partie de la première couche antireflet 104 dont l'épaisseur est la plus importante. La portion restante de cette couche forme le deuxième espaceur 120.2 (figure 15). Le deuxième espaceur 120.2 et la partie de la troisième couche semi-réflectrice 128 destinée à faire partie de la deuxième cavité Fabry-Perot des premiers filtres interférentiels 106.1 - 106.3 forment une surface supérieure plane.
Comme représenté sur la figure 16, la troisième couche d'arrêt de gravure 116.3 est ensuite déposée sur la structure précédemment réalisée, c'est-à-dire sur la surface plane formée par le deuxième espaceur 120.2 et la partie de la troisième couche semi-réflectrice 128 se trouvant sur la partie de la première couche antireflet 104 dont l'épaisseur est la plus importante.
Une couche 134 comportant le premier matériau et d'épaisseur égale à l'épaisseur eN de la troisième couche structurée 110.3 destinée à être réalisée est ensuite déposée sur la troisième couche d'arrêt de gravure 116.3.
Des étapes de lithographie et de gravure de la couche 134 sont ensuite mises en œuvre afin de former les creux 114, c'est-à-dire supprimer les parties de la couche 134 se trouvant au niveau des régions de la troisième couche structurée 110.3 destinées à ne pas comporter le premier matériau. Une couche comportant le deuxième matériau et d'épaisseur au moins égale à l'épaisseur eN de la troisième couche structurée 110.3 est ensuite déposée sur la structure précédemment réalisée, dans les parties gravées de la couche 134 (c'est-à-dire dans les creux 114 et au niveau des régions de la troisième couche structurée 110.3 destinées à comporter uniquement le deuxième matériau). Des parties de cette couche sont également déposées sur les parties restantes de la couche 134.
Un polissage mécano-chimique (CMP) est ensuite réalisé avec arrêt sur les portions restantes de la couche 134, supprimant ainsi les parties de la couche déposées sur les parties restantes de la couche 134 et formant la troisième couche structurée 110.3 (figure 17). La première couche semi-réflectrice 108 est ensuite déposée sur la troisième couche structurée 110.3, puis la première couche structurée 110.1 est ensuite réalisée par la mise en œuvre d'étapes analogues à celles réalisant la troisième couche structurée 110.3. Le dispositif 100 est ensuite achevé par la mise en œuvre d'étapes analogues à celles précédemment décrites en liaison pour la réalisation du dispositif 100 selon le premier exemple de réalisation.
Dans les modes et exemples de réalisation précédemment décrits, les matériaux des couches structurées 110, 110.1 et 110.2 et des espaceurs 120, 120.1 et 120.2 sont des matériaux diélectriques. En variante, l'un ou plusieurs de ces matériaux peuvent être des matériaux semi-conducteurs, par exemple du silicium amorphe ou polycristallin, du ZnO, du ZnS, du ZnSe, ou du ZnTe.
La figure 18 représente schématiquement un capteur d'images 1000 selon un mode de réalisation particulier.
Le capteur d'images 1000 comporte une partie électronique 1002, formée par exemple d'éléments de détection de type CMOS formant des pixels 1004. Le dispositif de filtrage 100 est intégré sur la face avant de cette partie électronique 1002, tel que les filtres 106 soient disposés en regard des pixels 1004. Il est possible que chaque filtre 106 soit disposé en regard d'un pixel 1004, ou bien en regard de plusieurs pixels adjacents. Le capteur d'images 1000 peut correspondre à une caméra hyperspectrale, et peut comporter d'autres éléments, par exemple optiques et électroniques tels que des interconnexions électriques et de micro-lentilles, non représentés sur la figure 18.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de filtrage optique (100) comportant au moins des premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) comprenant chacun au moins une première cavité Fabry-Perot formée par des première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices entre lesquelles au moins une première couche structurée (110.1) est disposée, dans lequel :
- la première couche structurée (110.1) appartient conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), a une épaisseur sensiblement constante, est sensiblement plane et comporte des premières portions d'au moins deux matériaux, diélectriques ou semi-conducteurs, d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans un plan parallèle à la première couche semi-réflectrice (108), les unes à côté des autres de manière alternée ;
- la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) comporte au moins un premier espaceur (120, 120.1) disposé entre l'une des première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices et la première couche structurée (110.1) tel qu'une distance entre les première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) soit supérieure à une distance entre les première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5) ;
et dans lequel les premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) sont réalisés selon une première configuration et/ou une deuxième configuration telles que :
- selon la première configuration, le dispositif (100) comporte en outre une deuxième couche structurée (110.2) disposée entre les première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices, appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des deuxièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice (108), les unes à côté des autres de manière alternée ;
- selon la deuxième configuration, les premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 -106.10) comportent chacun au moins une deuxième cavité Fabry- Perot superposée à la première cavité Fabry-Perot et formée par la première (108) et une troisième (128) couches semi-réflectrices entre lesquelles au moins une troisième couche structurée (110.3) est disposée, la troisième couche structurée (110.3) appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des troisièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des deuxièmes cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice (108), les unes à côté des autres de manière alternée, la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) comportant en outre au moins un deuxième espaceur (120.2) disposé entre la troisième couche semi- réflectrice (128) et la troisième couche structurée (110.3) tel qu'une distance entre les première (108) et troisième (128) couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) soit supérieure à une distance entre les première (108) et troisième (128) couches semi- réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5).
2. Dispositif de filtrage optique (100) selon la revendication 1, dans lequel la première couche structurée (110.1) et/ou la deuxième couche structurée (110.2) et/ou la troisième couche structurée (110.3) comportent des motifs périodiques formés respectivement par les premières et/ou deuxièmes et/ou troisièmes portions d'un deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées dans une couche (124) d'un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents formée respectivement des premières et/ou deuxièmes et/ou troisièmes portions du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents.
3. Dispositif de filtrage optique (100) selon la revendication 2, dans lequel, dans chacune des premières et/ou deuxièmes cavités Fabry-Perot, des valeurs de dimensions et d'une période des motifs périodiques sont inférieures à une valeur d'une longueur d'onde centrale d'une réponse spectrale respectivement de ladite première et/ou deuxième cavité Fabry-Perot à l'ordre 1.
4. Dispositif de filtrage optique (100) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel les premières et/ou deuxièmes et/ou troisièmes portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents sont formées dans toute l'épaisseur respectivement de la première couche structurée (110.1) et/ou de la deuxième couche structurée (110.2) et/ou de la troisième couche structurée (110.3).
5. Dispositif de filtrage optique (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une première couche d'arrêt de gravure (116) disposée au moins entre l'une des première (108) et deuxième (118) couches semi- réflectrices et la première couche structurée (110, 110.1) dans la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5).
6. Dispositif de filtrage optique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier espaceur (120, 120.1) et la première couche d'arrêt de gravure (116.1) sont disposés entre la première couche structurée (110, 110.1) et la deuxième couche semi-réflectrice (118), et dans lequel :
- selon la première configuration, une deuxième couche d'arrêt de gravure (116.2) est disposée entre les première et deuxième couches structurées (110.1, 110.2) ;
- selon la deuxième configuration, une troisième couche d'arrêt de gravure (116.3) est disposée entre la troisième couche structurée (110.3) et la troisième couche semi-réflectrice (128).
7. Dispositif de filtrage optique (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une portion de matériau absorbant vis-à-vis de longueurs d'onde de valeurs inférieures à celle d'une longueur d'onde centrale d'une réponse spectrale de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10), disposée sur ou dans la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10).
8. Dispositif de filtrage optique (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant plusieurs premiers filtres interférentiels (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5) disposés les uns à côté des autres et dans lesquels des proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre dans la première couche structurée (110, 110.1) et/ou la deuxième couche structurée (110.2) et/ou la troisième couche structurée (110.3) sont différentes d'un premier filtre interférentiel à l'autre, et/ou comportant plusieurs deuxièmes filtres interférentiels (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) disposés les uns à côté des autres et dans lesquels des proportions en volume des deux matériaux d'indices de réfraction différents l'un par rapport à l'autre dans la première couche structurée (110, 110.1) et/ou la deuxième couche structurée (110.2) et/ou la troisième couche structurée (110.3) sont différentes d'un deuxième filtre interférentiel à l'autre.
9. Capteur d'images (1000) comportant au moins un dispositif de filtrage optique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) du dispositif de filtrage optique (100) est disposé au niveau d'un ou de plusieurs pixels (1004) adjacents du capteur d'images (1000).
10. Procédé de réalisation d'un dispositif de filtrage optique (100) comportant au moins des premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) comprenant chacun au moins une première cavité Fabry-Perot, comportant au moins les étapes suivantes : - réalisation d'une première couche semi-réflectrice (108) des premières cavités Fabry-Perot ;
- réalisation, sur la première couche semi-réflectrice (108), d'une première couche structurée (110.1) appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des premières portions d'au moins deux matériaux, diélectriques ou semi-conducteurs, d'indices de réfraction différents destinées à être disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans un plan parallèle à la première couche semi-réflectrice (108), les unes à côté des autres de manière alternée ;
- réalisation d'au moins un premier espaceur (120, 120.1) au niveau d'une région de la première couche structurée (110.1) destinée à faire partie de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) ;
- réalisation d'une deuxième couche semi-réflectrice (118) des premières cavités Fabry-Perot ;
une distance entre les première (108) et deuxième (118) couches semi- réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) étant supérieure à une distance entre les première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices de la première cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5),
et dans lequel les premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) sont réalisés selon une première configuration et/ou une deuxième configuration telles que :
- selon la première configuration, le procédé comporte en outre, entre la réalisation de la première couche structurée (110.1) et la réalisation du premier espaceur (120, 120.1), la réalisation d'une deuxième couche structurée (110.2) destinée à être disposée entre les première (108) et deuxième (118) couches semi-réflectrices, appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des deuxièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des premières cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice (108), les unes à côté des autres de manière alternée ;
- selon la deuxième configuration, le procédé comporte en outre, avant la réalisation de la première couche semi-réflectrice (108), la réalisation d'au moins une deuxième cavité Fabry-Perot de chacun des premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), superposée à la première cavité Fabry-Perot et formée par la première (108) et une troisième (128) couches semi-réflectrices entre lesquelles au moins une troisième couche structurée (110.3) est réalisée, la troisième couche structurée (110.3) appartenant conjointement aux premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10), ayant une épaisseur sensiblement constante, étant sensiblement plane et comportant des troisièmes portions des deux matériaux d'indices de réfraction différents disposées, dans chacune des deuxièmes cavités Fabry-Perot et dans le plan parallèle à la première couche semi-réflectrice (108), les unes à côté des autres de manière alternée, la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) comportant en outre au moins un deuxième espaceur (120.2) disposé entre la troisième couche semi-réflectrice (128) et la troisième couche structurée (110.3) tel qu'une distance entre les première (108) et troisième (128) couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) soit supérieure à une distance entre les première (108) et troisième (128) couches semi-réflectrices de la deuxième cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la réalisation de la première couche structurée (110.1) comporte la mise en œuvre des étapes suivantes :
- dépôt, sur la première couche semi-réflectrice (108), d'une couche (124) d'un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- lithographie et gravure de creux (114) dans la couche (124) du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les premières portions du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ; - dépôt d'une couche (126) d'un deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents dans les creux (114) et sur la couche (124) du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- planarisation de la couche (126) du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents avec arrêt sur la couche (124) du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les premières portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents.
12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel la réalisation du premier espaceur (120, 120.1) comporte la mise en œuvre des étapes suivantes :
- dépôt d'une première couche d'arrêt de gravure (116.1) sur la première couche structurée (110.1) ou, lorsque les premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) sont réalisés selon la première configuration, sur la deuxième couche structurée (110.2) ;
- dépôt, sur la première couche d'arrêt de gravure (116.1), d'une couche (127) de matériau destinée à former le premier espaceur (120, 120.1) ;
- lithographie et gravure de la couche (127) de matériau destinée à former le premier espaceur (120, 120.1) telles qu'une portion restante de ladite couche (127) de matériau forme le premier espaceur (120, 120.1).
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel, lorsque les premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) sont réalisés selon la deuxième configuration, la réalisation des deuxièmes cavités Fabry-Perot comporte la mise en œuvre des étapes suivantes :
- réalisation, au niveau d'une première région d'un substrat (102) sur laquelle le premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5) est destiné à être réalisé, d'un relief dont une épaisseur est sensiblement égale à celle du deuxième espaceur (120.2) destiné à être réalisé ; - dépôt de la troisième couche semi-réflectrice (128) sur le relief et sur une deuxième région du substrat (102) sur laquelle le deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10) est destiné à être réalisé ;
- réalisation du deuxième espaceur (120.2) sur une partie de la troisième couche semi-réflectrice (128) destinée à faire partie de la deuxième cavité
Fabry-Perot du deuxième filtre interférentiel (106.4 - 106.6 ; 106.6 - 106.10), le deuxième espaceur (120.2) et une partie de la troisième couche semi-réflectrice (128) destinée à faire partie de la deuxième cavité Fabry-Perot du premier filtre interférentiel (106.1 - 106.3 ; 106.1 - 106.5) formant une surface supérieure plane ;
- réalisation, sur ladite surface supérieure plane, de la troisième couche structurée (110.3) ;
et dans lequel la première couche semi-réflectrice (108) est ensuite réalisée sur la troisième couche structurée (110.3).
14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel, lorsque les premier et deuxième filtres interférentiels (106.1 - 106.10) sont réalisés selon la première configuration, la réalisation de la deuxième couche structurée (110.2) comporte la mise en œuvre des étapes suivantes :
- dépôt d'une deuxième couche d'arrêt de gravure (116.2) sur la première couche structurée (110.1) ;
- dépôt, sur la deuxième couche d'arrêt de gravure (116.2), d'une couche d'un premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- lithographie et gravure de creux dans la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les deuxièmes portions du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- dépôt d'une couche du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents dans les creux et sur la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents ;
- planarisation de la couche du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents avec arrêt sur la couche du premier des deux matériaux d'indices de réfraction différents, formant les deuxièmes portions du deuxième des deux matériaux d'indices de réfraction différents.
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