专利名称：采用光子晶体的成像器方法和设备的利记博彩app
技术领域：
本发明大体上涉及半导体装置的领域，且更确切地说，涉及图像传感器装置或显示 器中所利用的光子晶体。
技术背景半导体产业目前使用不同类型的使用微透镜的基于半导体的图像传感器，例如电荷 耦合装置(CCD)、 CMOS有源像素传感器(APS)、光电二极管阵列、电荷注射装置和 混合焦平面阵列等。这些图像传感器使用微透镜将电磁辐射聚焦在光转换装置(例如， 光电二极管)上。此外，这些图像传感器可使用滤光片来选择特定的电磁辐射波长(与 例如特定色彩相关联)以由光转换装置感测。图像传感器的微透镜有助于提高光学效率并减少像素单元之间的串扰。图1A展示 CMOS图像传感器像素单元阵列100的一部分。所述阵列100包含像素单元10，其每一 者均形成在衬底l上。每一像素单元IO包含光转换装置12,例如光电二极管。所说明 的阵列100具有微透镜20，所述微透镜20收集光并将光聚焦在光转换装置12上。阵列 100还可包含光屏蔽物(例如，金属层7)，以便阻止意欲到达一个光转换装置12的光 到达其它像素单元10的光转换装置12。阵列IOO还可包含彩色滤光片阵列30。所述彩色滤光片阵列包含彩色滤光片31a、 31b、 31c，其每一者均设置在各个像素单元10上。滤光片31a、 31b、 31c中的每一者只 允许特定波长的光(对应于特定色彩)从中穿过而到达各个光转换装置。彩色滤光片阵 列30通常以重复的拜耳图案布置，并且包含两个绿色滤光片31a、 一个红色滤光片31b 和一个蓝色滤光片31c，如图1B所示布置。层间电介质(ILD)区3在彩色滤光片阵列30与像素单元10之间。所述ILD区3 通常包含多层层间电介质和导体，其位于绝缘的平坦化层上，并且形成像素单元10的 装置之间的连接和像素单元10与阵列100外围的电路(未图示)的连接。介电层5通 常位于彩色滤光片阵列30与微透镜20之间。可使用若干常规材料和技术来制造典型的彩色滤光片31a、 31b、 31c。举例来说， 彩色滤光片31a、 31b、 31c可以是染在各个色彩上的明胶或其它适当材料。此外，已经 使用光刻工艺并入了包括热稳定染料与聚酰亚胺的组合的聚酰亚胺滤光片。虽然使用光刻制备的彩色滤光片可展现出良好的分辨率和色彩品质，但光刻可较复杂，并且会导致 大量有缺陷的滤光片31a、 31b、 31c。具体来说，使用光刻形成包含聚酰亚胺滤光片31a、 31b、 31c的彩色滤光片阵列30需要针对每种色彩的掩膜、光致抗蚀剂、烘焙步骤、蚀 刻步骤和抗蚀剂去除步骤。因此，为了形成以拜耳图案布置的彩色滤光片阵列30，必须 将这个过程重复三次。因此，具有用于图像传感器的替代滤光片以提供更多种工程学和设计可能将是有利的。发明内容本发明的示范性实施例提供一种图像传感器和一种形成图像传感器的方法。所述图 像传感器包含位于衬底表面处的像素单元阵列。每一像素单元均具有光转换装置。在所 述像素单元中的每一者上提供至少一个包含光子晶体结构的微机电系统(MEMS)元件。所述基于MEMS的光子晶体元件由支撑结构支撑，且经配置以在施加电压时选择性地 允许电磁波长到达所述光转换装置。由此，本发明的基于MEMS的光子晶体元件可取 代或补充常规滤光片，例如，彩色滤光片阵列。
通过下文参看附图提供的对示范性实施例的详细描述将更容易明白本发明的以上和其它优点和特征，附图中图IA是常规图像传感器阵列的一部分的横截面图；图IB是常规彩色滤光片阵列的一部分的方框图；图2是说明穿过示范性光子晶体的透射光谱的曲线图；图3是根据本发明示范性实施例的包含基于MEMS的光子晶体元件的图像传感器 的一部分的三维视图；图4A—4E说明制造根据本发明另一示范性实施例的图3的图像传感器阵列的中间阶段；图5A—5D是根据本发明示范性实施例的光子晶体结构的俯视图； 图6是根据本发明另一示范性实施例的包含基于MEMS的光子晶体元件的图像传 感器阵列的一部分的横截面图；图7是根据本发明另一示范性实施例的包含基于MEMS的光子晶体元件的图像传 感器阵列的一部分的横截面图；图8是根据本发明另一实施例的图像传感器的方框图；以及图9是包含图8的图像传感器的处理器系统的方框图。
具体实施方式
在以下详细描述中参看附图，附图形成本发明的一部分，且说明可实施本发明的具 体实施例。在图中，相同的参考标记在若干视图中始终描述大致相似的组件。充分详细 地描述这些实施例，以使得所属领域的技术人员能够实践本发明，且应了解，可利用其 它实施例，并且可在不偏离本发明的精神和范围的情况下作出结构、逻辑和电气方面的 变化。应将术语"晶片"和"衬底"理解为包含硅、绝缘体上硅(SOI)或蓝宝石上硅(SOS) 技术、掺杂和未掺杂半导体、由基底半导体基础支撑的硅的外延层以及其它半导体结构。 此外，当在以下描述中提到"晶片"或"衬底"时，可能己利用先前的处理步骤在基底 半导体结构或基础中形成区或结。此外，半导体无需是基于硅的，而是可基于硅-锗、锗 或砷化镓。术语"像素"或"像素单元"是指含有用于将电磁辐射转换成电信号的光转换装置 的图片元素单位单元。通常，图像传感器中的所有像素单元的制造将以相似方式同时进行。术语"光子晶体"是指折射率具有周期性改变的结构材料和/或晶格(例如，柱的布 置)。元件中的"光子晶体元件"是包括光子晶体结构的元件。本发明的实施例提供具有光子晶体结构的微机电系统(MEMS)元件和采用基于 MEMS的光子晶体元件的图像传感器。所述元件的透射和反射特征经过电子控制，以便 在不同时间选择不同的电磁波长。所述基于MEMS的光子晶体元件可在图像传感器内 用于多种用途，其中包含(例如)充当额外滤光片、取代常规的滤光片，例如作为彩色 滤光片阵列或作为对常规滤光片的补充。近来已认识到光子晶体的光子带隙。光子晶体与电磁波以类似于半导体晶体与电荷 粒子或其波形的交互方式相似的方式交互，g卩，光子晶体结构是半导体晶体结构的光学类似物。所述两种光子和半导体晶体的基本方面是其周期性。在半导体中，晶格中的原 子的周期性晶体结构是其观察到的性质的主要原因之一。举例来说，结构的周期性允许 使能量(E)级和波向量动量(k)级的量化(带结构，E-k关系)。与半导体中的带隙能 量相似，在禁止载流子能量的情况下，光子晶体可为电磁波提供光子带隙，其中禁止特 定波长的存在。参看Biswas，R等人的Physical Review B，第61巻，第7期，第4549-4553 页(1999)，其全文以引用的方式并入本文中。光子晶体具有允许针对电磁波传播而调整独特性质的结构。与半导体不同，光子晶 体不限于自然存在的材料，并且可易于合成。因此，可用广泛范围的结构来制造光子晶 体，从而适应广泛范围的电磁辐射频率和波长。电磁波满足与光速的简单关系c = n図其中c二所关注的介质中的光速，n二频率且図二波长。无线电波处于l毫米(mm) 的波长范围，而远紫外线射线处于l纳米(nm)范围。虽然半导体中的带结构工程学非 常复杂，但光子晶体中的光子带结构工程学相对简易。光子晶体可设计为具有阻挡特定 波长的光而允许其它波长穿过的光子带结构。光子晶体可由介电材料、导电材料和导电性涂敷的介电材料形成。已显示出两个光 子晶体结构之间的较小移位可能导致两个结构的透射和反射特征一起改变。参看Wonjoo Suh等人的"Displacement-sensitive Photonic Crystal Structures Based on Guided Resonance in Photonic Crystal Slabs", Applied Physics Letters,第82巻，第13期，第1999-2001页 (2003年3月31日)，其全文以引用的形式并入本文中。图2是展示穿过单个光子晶体 平板的示范性透射光谱。如图2所示，引导谐振的特性是基波长附近的强反射性信号。 已显示，此种引导谐振可能是一种宽带现象。见Shanhui Fan等人的"Analysis of Guided Resonances in Photonic Crystal Slabs", Physical Review B，第65巻，第235112-1到 235112-8页(2002)，其全文以引用的形式并入本文中。图3、 6和7分别说明图像传感器阵列300A、 300B、 300C的一部分，每个所述阵 列包含一个或一个以上根据本发明示范性实施例的基于MEMS的光子晶体元件330。所 述元件330的光子带结构可经设计以实现元件330的所需性质(例如，波长选择性范围)， 如下文更详细地描述。元件330由电路331来控制。出于说明目的，图像传感器阵列300A、 300B、 300C是包含CMOS像素单元10的 CMOS图像传感器阵列。应容易了解，本发明也可与CCD和其它图像传感器一起采用。在图3、 6和7的示范性实施例中，阵列300A、 300B、 300C部分与图1A中描绘的 阵列100相似，因为每一阵列300A、 300B、 300C包含具有光转换装置12的像素单元 10。但是，每一阵列300A、 300B、 300C包含像素单元10的至少一部分上的一个或一 个以上基于MEMS的光子晶体元件330。元件330包含光子晶体结构。所述元件330的 光子晶体结构可经改变以实现所需的特征(例如，所需的光子带结构)，以在向元件330 施加特定电压时，防止特定波长的光穿过元件330，且允许特定波长的光穿过元件330。向一个或一个以上元件330施加电压会导致静电力将元件330中的一者相对于至少 一个其它元件300横向且(视情况)垂直移位。此种移位导致元件330的透射和反射特征如上所述一起改变。参看Wonjoo Suh等人的"Displacement-sensitive Photomc Crystal Structures Based on Guided Resonance in Photonic Crystal Slabs", Applied Physics Letter, 第82巻，第13期，第1999-2001页(2003年3月31日)。因此，可使用电路331来操 作元件330，以便基于电压施加而选择特定波长以用于透射。区33可具有图3所示的示范性结构。原硅酸四乙酯(TEOS)层371在衬底1和其 上形成的装置上，所述装置包含光转换装置12和例如像素单元10的晶体管(未图示)。 TEOS层371上存在硼磷硅玻璃(BPSG)层372，随后分别是第一、第二和第三层间介 电层373、 374、 375。钝化层376在第三层间介电层375上。视情况，也可包含一个或 一个以上滤光片377。也存在导电结构，例如，金属线，其形成像素单元10的装置之间 的连接和从像素单元10装置到由ILD层支撑的外部装置(未图示)的连接。图3绘示像素单元阵列300A，其包含第一和第二元件330，所述元件每一者具有光 子晶体结构。所述元件300由支撑结构7支撑。所述支撑结构7使得元件330能够相对 于衬底l的表面移位。可采用额外的支撑结构来支撑和控制元件330。举例来说，可用 与第6,870,660号美国专利中揭示的数字微镜装置中采用的元件相似的方式来支撑和控 制元件330。支撑结构7可经选择以提供元件330的所需移位。举例来说，元件330可 相对于衬底1横向、有角度地和/或垂直移位。示范性倾斜移位在约0度到约70度之间。在图3的实施例中，元件330经配置成可控制，以便选择性地防止所有光到达一个 或一个以上光转换装置12。因此，可对入射在阵列300A的一个或一个以上具体区域上 的光进行取样。或者，所述元件经配置成控制，以在可见光波长与红外波长之间进行选 择。元件330由控制电路331控制。控制电路331导致向元件330中的每一者施加一个 或一个以上电压。元件330可经控制以防止所有或一部分入射光传输到下伏的光转换装 置12。确切地说，元件可经控制以在特定时间允许特定波长的光入射在光转换装置12 上。举例来说，元件330可经控制以在一个时间允许可见光到达光电二极管12，而在另 一时间防止所有光到达光电二极管12。或者，元件330可经控制以在不同时间允许红外 光和可见波长的光入射到光转换装置12上。在所说明的实施例中，每一元件330形成 在基层305上。基层305可为(例如)Si02、 BPSG或另一介电层，例如磷硅玻璃(PSG) 和硼硅玻璃(BSG)。图4A—4F描绘用于形成图3的阵列300A的步骤。本文中描述的任何动作均不需要特定的次序，除了那些逻辑上需要先前动作的结果的动作以外。因此，虽然将以下动作描述为用一般次序执行，但所述次序只是示范性的并且可改变。参看图4A，提供基层305以支撑元件330。基层305可以是提供可在上面形成滤光 片330的光子晶体结构的大致平坦的表面的任何合适材料。举例来说，基层305可为介 电层(例如，Si02层或BPSG层，且可具有在约50A到约200 A的范围内的厚度)。如图4B所示，在基层305上形成适合用于形成光子晶体的材料的层361。此种材 料的实例包含氧化铝(A1203)、氧化钽(Ta203)、氧化锆(Zr02)、氧化铪(Hf02)、基 于铪的硅酸盐和导电氧化物，例如氧化铟锡和氧化锌锡等。应注意，特定材料可产生会 吸收一部分光子的光子晶体。如果过分吸收，可能会对量子效率造成不利影响。优选的 是，层361是Al2Cb层，因为其提供较少的吸收，并且在其势垒特性方面与Si02相似。 层361的厚度可按照需要或期望来选择。优选的是，层361形成为具有约100 A到约5000 A范围内的厚度。通过使用掩膜层次，对光子晶体材料层361进行图案化和蚀刻，以产生光子晶体结 构柱362，如图4C所描绘。参看图4C，柱362之间的间隔x与层361的厚度d (或柱 362的高度)之间的比率x/d可变化以实现光子晶体的所需特征，且因此实现滤光片330 的所需特征。作为说明，所述比率x/d在约l到约10的范围内。如果对柱362进行图案 化以实现所需的比率x/d对于现有的掩膜界定的光刻技术来说是一个难题，那么也可使 用隔片界定的光刻来形成柱，使得通过工艺步骤而不是掩膜层来界定柱。柱362可形成为具有任何所需的水平横截面形状。图5A — 5C描绘示范性柱362的 形状。图5A是元件330的俯视平面图，其中柱362具有圆形的水平横截面形状(即， 柱362是圆柱体)。图5B和5C分别描绘包含具有矩形和五边形水平横截面形状的柱的 元件330。此外，柱362可以多种定向布置。如图5A所示，柱362在Y方向上以列B布置且 在X方向上以行A布置，使得来自每一连续行A的柱362在Y方向上形成列B。或者， 如图5D所示，柱362可在X方向上沿着线A以行布置，其中沿着线A的每一行从邻近 的行A偏移，使得来自每隔一行A的柱362分别在Y方向上形成列B和B'。以下描述的柱362的每一厚度d、间隔x、 x/d比率、水平横截面形状、柱362的定 向和柱362以及层363或364的材料是变量，其可经选择以实现所需的光子晶体结构并 因此提供元件330的所需特性。根据本发明的示范性实施例，可选的低介电常数层363沉积在柱362之间，并且使用CMP步骤平坦化，如图4D所说明。层363可由任何具有低介电常数的合适材料形成，所述材料例如为SOG或Si02等。在一个示范性实施例中，层363由介电常数低于柱362的介电常数的材料形成。所述层363可通过任何合适的技术形成。根据替代的示范性实施例，如图4E所示，柱362上涂敷或镀有可选的导电薄膜364。 在一个实施例中，导电薄膜364是铜薄膜。薄膜364可通过任何合适的技术(例如，电镀)形成。在图4D和4E所示的任一实施例中，通过任何合适的技术在柱362上沉积金属层 365 (如图4F所示)。对金属层365进行图案化，以形成第一基于MEMS的光子晶体元 件330。具体来说，按照需要将金属层365图案化和蚀刻，并移除金属层365在光转换 装置12上的至少一部分。元件330包含柱362，视情况为层363或364，以及金属层365。 但是，为了简单起见，在图3及图6和图7 (以下描述)中将元件330展示为单个结构。任何变量(层361的厚度d、柱362之间的间隔x、比率x/d、柱362的水平横截面 形状、柱362的定向以及柱362和层363的材料)可变化，以便针对第一、第二和第三 元件330中的每一者实现所需的光子晶体结构，并因此实现元件330的所需性质。在图 3中的所说明的实施例中，第一、第二和第三元件330每一者具有不同的光子晶体结构。为了完成阵列300A，可执行额外的处理步骤。举例来说，可形成电路331与元件 330之间的连接。此外，可执行额外的常规处理步骤，以形成常规的微透镜20。依据元件330的光子晶体结构，对元件330的对准与位移参数进行选择，以便能够 在所需的电磁波长之间作出选择。元件330可相对于衬底1垂直地、有角度地或横向地 移位。举例来说，对施加的电压进行选择，以便形成使元件330移位所需的静电力，以 便实现元件330的所需透射和反射特征。用于控制元件330的示范性电压可在约5伏与 约20伏之间。图6绘示根据本发明的具有基于MEMS的光子晶体元件330的像素阵列300B的另 一示范性实施例。可将元件330的光子晶体结构设计成使得元件330具有所需的性质， 例如对特定电磁辐射波长的选择性。可用如上文结合图4A-5D所描述形成阵列300B， 不同之处为在多个像素上形成一个光子晶体元件330。向元件330施加电压会致使元件 330移位。此种移位致使两个结构的透射和反射特征一起改变。因此，可对元件330进 行操作，以便基于电压的施加而在不同时间选择特定波长。在所说明的实施例中，将元件330配置成可控制以便选择性地阻止所有光到达一个 或一个以上光转换装置12。因此，可对入射在阵列300B的一个或一个以上特定区域上 的光进行取样。或者，可将所述元件配置成可控制以便在可见光波长与红外波长之间作 出选择。为此，可对变量(层361的厚度d、柱362之间的间隔x、比率x/d、柱362的 水平横截面形状、柱362的定向以及柱362和层363的材料)进行选择，以便针对第一 和第二元件330中的每一者实现所需的光子晶体结构，并因此实现元件330的所需性质。此外，依据元件330的光子晶体结构，对元件330的对准和移位参数进行选择，以便能够在所需的电磁波长之间作出选择。举例来说，对施加的电压进行选择，以便形成使元件330移位所需的静电力，以便实现元件330的所需透射和反射特征。当将元件330配置成可控制以便在可见光波长与红外波长之间作出选择时，优选光 转换装置12对广泛范围的波长敏感。这个实施例使得阵列300B能够在白天对可见光进 行取样并在夜晚对红外波长进行取样。因此，这个实施例特别适用于自动和安全应用。在另一实施例中，图7描绘根据本发明的具有基于MEMS的光子晶体元件330的 像素阵列300C的另一示范性实施例。在图7的实施例中，描绘包含第一、第二和第三 元件330的像素单元阵列300C，所述元件中的每一者具有光子晶体结构。在不同的高 度hl、 h2、 h3处提供元件330。可对元件330进行控制，以便在特定时间允许特定波长 的光入射在光转换装置12上。可按照需要并依据将针对每一元件330选择的光的波 长在光转换装置12上方的各种高度处形成元件330。举例来说，元件330可经控制以在 不同时间允许红、绿和蓝波长的光入射在光转换装置12上。以此方式，可在不同时间 由同一像素单元10对对应于红、绿和蓝波长的信号进行取样。相应地，不必要用单独 的像素单元来对红、绿和蓝波长进行取样。这可提高成像器阵列300C的分辨率。在图 7的实施例中，元件330经配置以充当彩色滤光片阵列(并因此取代图1的阵列30)。在元件330用以允许每一像素单元IO对红、绿和蓝波长进行取样的情况下，光转 换装置12优选在广泛范围的波长上有效。通过图8的方框图说明单芯片CMOS图像传感器800。图像传感器800包含根据本 发明实施例的像素单元阵列300A。阵列300A的像素单元以预定数目的列和行布置。或 者，图像传感器800可包含根据本发明实施例的其它像素单元阵列，例如阵列300B或 300C中的任一者。逐个读 出阵列300A中的像素单元行。相应地，通过行选择线来同时选择阵列300A 的一个行中的所有像素单元以供读出，且选定行中的每一像素单元向其列的读出线提供 代表所接收的光的信号。在阵列300A中，每一列还具有选择线，且响应于所述列选择 线而选择性地读出每一列的像素单元。行驱动器882响应于行地址解码器881而选择性地激活阵列300A中的行线。列驱动器884响应于列地址解码器885而选择性地激活列选择线。通过时序和控制电路883来操作阵列330A，所述时序和控制电路控制地址解码器881、 885以便选择适当的行线和列线以用于像素信号读出，且电路331控制基于MEMS的光子晶体元件330。列读出线上的信号通常包含每一像素单元的像素重设信号(Vrst)和像素图像信号(Vphoto)。响应于列驱动器884而将所述两个信号读取到取样与保持电路(S/H) 886中。 通过差分放大器(AMP) 887针对每一像素单元产生差分信号(Vrst—Vph。t。)，且每一像 素单元的差分信号由模拟到数字转换器(ADC) 888放大和数字化。模拟到数字转换器 888将数字化的像素信号供应到图像处理器889，所述图像处理器889在提供界定图像 输出的数字信号之前执行适当的图像处理。
图9说明包含图8的图像传感器800的基于处理器的系统900。基于处理器的系统 900是具有可包含图像传感器装置的数字电路的示范性系统。此种系统可包含(但不限 于)计算机系统、照相机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、可视电话、监视系统、 自动对焦系统、天体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统和其它采用成像的系统。
基于处理器的系统卯0 (例如照相机系统)通常包括中央处理单元(CPU) 995 (例 如微处理器)，其通过总线993与输入/输出(I/O)装置991通信。图像传感器800也通 过总线993与CPU 995通信。基于处理器的系统900还包含随机存取存储器(RAM) 992，且可包含可移除的存储器994 (例如快闪存储器)，其也通过总线993与CPU 995 通信。图像传感器800可与处理器组合，所述处理器例如为CPU、数字信号处理器或微 处理器，且可具有或不具有位于单个集成电路上或位于与处理器不同的芯片上的存储器 存储装置。
虽然结合CMOS图像传感器描述本发明，但基于MEMS的光子晶体单元330在光 电装置内具有各种应用。本说明书并不希望是限制性的。举例来说，根据本发明的基于 MEMS的光子晶体元件330可用于电荷耦合装置图像传感器或其它光电装置中。
请再次注意，以上描述和图式是示范性的，且说明实现本发明的目的、特征和优点 的优选实施例。不希望本发明限于所说明的实施例。属于随附权利要求书的精神和范围 内的对本发明的任何修改应视为本发明的一部分。
权利要求
1.一种图像传感器，其包括位于衬底表面处的像素单元阵列，每一像素单元包括光转换装置；以及至少一个微机电系统元件，其包括在所述像素单元中的至少一者上的光子晶体结构，用于响应于至少一个施加的电压而选择性地允许具有预定波长的电磁辐射到达所述至少一个单元的所述光转换装置。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括堆叠在所述至少一个像素单元上的多个元件。
3. 根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述元件经配置以可由施加的电压控制， 以在不同时间选择性地允许绿波长的光、红波长的光和蓝波长的光到达所述光转换装置。
4. 根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述元件经配置以可由施加的电压控制， 以在不同时间选择性地允许可见波长的光和红外波长的光到达所述光转换装置。
5. 根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括堆叠在所述像素单元中的至少一 者上的至少两个元件。
6. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述元件由支撑结构支撑，以致使所述元 件响应于所述施加的电压而相对于所述衬底的表面移位。
7. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述元件包括彼此间隔开的多个柱。
8. 根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述元件进一步包括位于所述柱之间的间 隔内的材料，所述材料具有比所述柱的介电常数低的介电常数。
9. 根据权利要求8所述的图像传感器，其进一步包括与所述柱的至少一部分接触的金 属层。
10. 根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述元件进一步包括与所述柱接触的导电 材料。
11. 根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述柱包括氧化铝。
12. —种处理器系统，其包括处理器；以及光电装置，其耦合到所述处理器，所述装置包括位于衬底表面处的像素单元阵列，每一像素单元包括光转换装置，以及 至少一个微机电系统元件，其包括位于所述像素单元中的至少一者上的光子晶体结构，用于响应于至少一个施加的电压而选择性地允许具有预定波长的电磁辐 射到达所述至少一个单元的所述光转换装置。
13. 根据权利要求12所述的处理器系统，其中所述图像传感器是CMOS图像传感器。
14. 根据权利要求12所述的处理器系统，其中所述装置是电荷耦合装置图像传感器。
15. 根据权利要求12所述的处理器系统，其中所述至少一个元件经配置以可由施加的 电压控制，以响应于施加的电压而选择性地允许预定的电磁波长到达所述光转换装 置。
16. —种用于光电装置的微机电系统元件，所述元件包括衬底；位于所述衬底上的支撑结构； 由所述支撑结构支撑的绝缘层；在所述绝缘层上形成光子晶体结构的多个柱，所述柱彼此间隔开；以及 与所述柱的至少一部分接触的金属层，所述支撑结构经配置以可由施加的电压控帝IJ，以相对于所述衬底的表面使所述光子晶体结构移位，以基于施加到所述金属层的电压而选择性地允许电磁波长到达所述光转换装置。
17. 根据权利要求16所述的元件，其进一步包括位于所述柱之间的间隔内的材料，其 中位于所述间隔内的所述材料的介电常数低于所述柱的介电常数。
18. 根据权利要求16所述的元件，其进一步包括位于所述柱上的导电薄膜。
19. 根据权利要求18所述的元件，其中所述导电薄膜包括铜。
20. 根据权利要求16所述的元件，其中所述柱具有在约100 A到约5000 A的范围内的咼度o ■
21. 根据权利要求16所述的元件，其中所述柱之间的所述间隔与所述柱的高度的比率 在约l到约IO的范围内。
22. 根据权利要求16所述的元件，其中所述柱每一者具有圆形水平横截面的形状。
23. 根据权利要求16所述的元件，其中所述柱每一者具有大致五边形水平横截面的形 状。
24.根据权利要求16所述的元件，其中所述柱每一者具有大致矩形水平横截面的形状。
25.根据权利要求16所述的元件，其中所述柱包括氧化铝。
26.根据权利要求16所述的元件，其中所述柱包括氧化钽。
27.根据权利要求16所述的元件，其中所述柱包括氧化锆。
28.根据权利要求16所述的元件，其中所述柱包括氧化铪。
29. 根据权利要求16所述的元件，其中所述柱包括基于铪的硅酸盐。
30. 根据权利要求16所述的元件，其中所述柱包括导电氧化物。
31. —种形成图像传感器的方法，所述方法包括以下动作在衬底的表面处形成像素单元阵列，所形成的每一像素单元包括光转换装置；以 及形成至少一个微机电系统元件，其包括位于所述像素单元中的至少一者上的光子 晶体结构，每一元件用于响应于至少一个施加的电压而选择性地允许具有预定波长 的电磁辐射到达所述至少一个单元的所述光转换装置。
32. 根据权利要求31所述的方法，其进一步包括在所述至少一个像素单元上形成多个元件的动作。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述形成所述多个元件的动作包括将所述光子 晶体元件配置成可由施加的电压控制，以在不同时间选择性地允许绿波长的光、红 波长的光和蓝波长的光到达所述光转换装置。
34. 根据权利要求32所述的方法，其中所述形成所述多个元件的动作包括将所述光子 晶体元件配置成可控制，以在不同时间选择性地允许可见波长的光和红外波长的光 到达所述光转换装置。
35. 根据权利要求31所述的方法，其进一步包括在所述像素单元中的至少一者上形成 至少两个元件的动作。
36. 根据权利要求35所述的图像传感器，其中第一元件形成在第二光子晶体元件上。
37. 根据权利要求31所述的方法，其进一步包括以下动作提供支撑结构，其用于支 撑所述元件并用于致使所述元件响应于所述至少一个施加的电压而相对于所述衬 底的表面移位。
38. 根据权利要求31所述的方法，其中所述形成所述元件的动作包括形成彼此间隔开 的多个柱。
39. 根据权利要求38所述的方法，其中所述形成所述元件的动作包括在所述柱之间的 间隔内形成材料，所述材料具有比所述柱的介电常数低的介电常数。
40. 根据权利要求38所述的方法，其中所述形成所述元件的动作进一步包括形成与所 述柱的至少一部分接触的金属层。
41. 根据权利要求38所述的方法，其中所述形成所述元件的动作进一步包括形成与所 述柱接触的导电材料。
42. —种形成用于光电装置的微机电系统元件的方法，所述方法包括以下动作提供衬底；在所述衬底上提供支撑结构；形成由所述支撑结构支撑的绝缘层；在所述绝缘层上形成光子晶体材料层；对所述光子晶体材料层进行图案化以形成多个形成光子晶体结构的柱，所述柱形 成为彼此间隔开且每一者具有一高度和水平横截面形状；以及与所述柱的至少一部分接触的金属层，所述支撑结构被配置成可控制，以相对于 所述衬底的表面使所述光子晶体结构移位，以基于施加到所述金属层的电压而选择 性地允许电磁波长到达所述光转换装置。
43.根据权利要求42所述的方法，其进一步包括在所述柱之间的间隔内形成材料的动作，其中所述间隔内的所述材料的介电常数低于所述柱的介电常数。
44.根据权利要求42所述的方法，其进一步包括在所述柱上形成导电薄膜的动作。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述导电薄膜形成为包括铜。
46.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为具有在约100 A到约5000 A范围内的高度。
47.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为使得所述柱之间的所述间隔与所述柱的高度的比率在约1到约IO的范围内。
48.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为具有圆形水平横截面的形状。
49.根据权利要求42所述的方法， 、J41其中所述柱形成为具有大致五边形水平横截面的形
50.状。根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为具有大致矩形水平横截面的形状。
51.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为包括氧化铝。
52.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为包括氧化钽。
53.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为包括氧化锆。
54.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为包括氧化铪。
55.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为包括基于铪的硅酸盐。
56.根据权利要求42所述的方法，其中所述柱形成为包括导电氧化物。
全文摘要
本发明提供一种图像传感器和一种形成图像传感器的方法。所述图像传感器包含位于衬底表面处的像素单元阵列(100)。每一像素单元具有光转换装置(12)。在所述像素单元中的至少一者上提供包含光子晶体结构的至少一个微机电系统(MEMS)元件(330)。所述基于MEMS的光子晶体元件(330)由支撑结构(7)支撑，且经配置以在施加电压时选择性地允许电磁波长到达所述光转换装置。由此，本发明的基于MEMS的光子晶体元件可取代或补充常规滤光片，例如，彩色滤光片阵列。
文档编号H01L31/0216GK101223648SQ200680026052
公开日2008年7月16日 申请日期2006年5月26日 优先权日2005年6月7日
发明者钱德拉·穆利 申请人:美光科技公司