(57)【要約】  本明細書では、カラーフィルターアレイ装置及びカラーフィルターアレイ装置を作製する方法を開示する。カラーフィルターアレイは、複数の画素を配置した基板、複数の画素の各々に関連付けられ、各々が基板から実質的に垂直に延在する一又は複数のナノワイヤ、一又は複数のナノワイヤの各々に関連付けられた光学カプラを含んでもよい。カラーフィルターアレイを作製する方法は、各々が基板から実質的に垂直に延在するナノワイヤのアレイを作製する工程、ナノワイヤを実質的に封入するための透明ポリマーを配設する工程、基板からナノワイヤを取り外す工程、複数の画素を有する画素アレイを提供し、硬質ポリマーが画素アレイの画像面を実質的に覆う工程、画素アレイ上にナノワイヤのアレイを配設する工程、及び前記ナノワイヤを封入する透明ポリマーを除去する工程を含んでもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を配置した基板と、
前記複数の画素の各々に関連付けられた一又は複数のナノワイヤであって、当該一又は複数のナノワイヤの各々は前記基板から実質的に垂直に延在する、一又は複数のナノワイヤと、
前記一又は複数のナノワイヤの各々に関連付けられた光学カプラと、
を備えるカラーフィルターアレイ。
【請求項２】
前記一又は複数のナノワイヤの各々は光の基本周波数を吸収するように構成され、当該基本周波数は前記ナノワイヤの直径と相関関係にある、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項３】
前記一又は複数のナノワイヤの各々は、前記光の基本周波数と対応するｎ番目の高調波周波数を吸収するようにさらに構成され、ここでｎは１より大きい整数である、請求項２に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項４】
前記一又は複数のナノワイヤは、電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）領域の波長を吸収するために、約５０ｎｍよりも小さい直径を有する、請求項２に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項５】
前記一又は複数のナノワイヤは、電磁スペクトルの青色領域の波長を吸収するために、約５０ｎｍから約７５ｎｍの直径を有する、請求項２に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項６】
前記一又は複数のナノワイヤは、電磁スペクトルの緑色領域の波長を吸収するために、約７５ｎｍから約１００ｎｍの直径を有する、請求項２に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項７】
前記一又は複数のナノワイヤは、電磁スペクトルの赤色領域の波長を吸収するために、約９０ｎｍから約１２０ｎｍの直径を有する、請求項２に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項８】
前記一又は複数のナノワイヤは、電磁スペクトルの赤外（ＩＲ）領域の波長を吸収するために、約１１５ｎｍより大きい直径を有する、請求項２に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項９】
前記基板は、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイを含む画像センサを備える、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１０】
前記一又は複数のナノワイヤは、約５０ｎｍから約２００ｎｍの直径を有する、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１１】
前記一又は複数のナノワイヤは、横断面形状が円形、楕円形、規則的な多角形、不規則的な多角形、又はこれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１２】
前記一又は複数のナノワイヤは、約０．１μｍから約１０μｍの長さを有する、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１３】
前記複数の画素は、所定の形状及び約０．２μｍから約２０μｍのピッチを有するアレイを形成する、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１４】
前記一又は複数のナノワイヤは、前記複数の画素によって形成されるアレイと実質的に同じ形状及びピッチを有するアレイを形成する、請求項１３に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１５】
前記光学カプラは放射光を前記ナノワイヤ内に誘導するように構成される、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１６】
前記光学カプラは、前記一又は複数のナノワイヤの各々の前記基板と反対側の端部に配設されたマイクロレンズ又はカプラを含む、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１７】
前記一又は複数のナノワイヤは、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、ヒ化ホウ素（ＢＡｓ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）のうちの一又は複数からなる、請求項１に記載のカラーフィルターアレイ。
【請求項１８】
カラーフィルターアレイを作製する方法であって、
ナノワイヤのアレイを作製する工程であって、当該ナノワイヤの各々は基板から実質的に垂直に延在する、工程と、
透明ポリマー材料を配設して前記ナノワイヤを実質的に封入する工程と、
前記基板から前記ナノワイヤを取り外す工程と、
複数の画素を含む画素アレイを提供する工程であって、硬質ポリマーが前記画素アレイの画像面を実質的に覆う、工程と、
前記ナノワイヤのアレイを前記画素アレイ上に配設する工程と、
前記ナノワイヤを封入する前記透明ポリマーを除去する工程と、
を含む方法。
【請求項１９】
前記画素アレイは、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイを含む画像センサを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ナノワイヤのアレイは前記画素アレイと実質的に同じ形状及びピッチを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノワイヤのアレイを作製する工程は、基板上のレジスト層内に点のアレイを生成する工程と、前記基板をエッチングすることによって前記ナノワイヤを形成する工程とを含み、前記点の形状及びサイズによって前記ナノワイヤの横断面形状及びサイズが決定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記点のアレイを生成する工程は、リソグラフィー技術を用いることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エッチングがドライエッチングである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記透明ポリマーはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記透明ポリマーを配設する工程は、噴霧又は流し込みによって前記透明ポリマーを溶着させる工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板から前記ナノワイヤを取り外す工程は、前記基板をウェットエッチングする工程、化学機械研磨によって前記基板を除去する工程、又は前記ナノワイヤアレイを破断する又は下部を切り取ることによって、前記ナノワイヤアレイを機械的に前記基板から取り外す工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記画素アレイ上に前記ナノワイヤのアレイを配設する工程は、
前記透明ポリマー材料の少なくとも一部を除去することによって、前記ナノワイヤの少なくとも一部が封入されていないようにする工程と、
前記透明ポリマーによって封入されていないナノワイヤの少なくとも一部を封入するように、前記硬質ポリマーを配設する工程と、
前記ナノワイヤを封入する前記硬質ポリマーが前記画素アレイ上に配設された前記硬質ポリマーと接触するように、前記ナノワイヤのアレイを前記画素アレイ上に整列する工程であって、前記複数の画素の各々は一又は複数のナノワイヤと整列される、工程と、
前記ナノワイヤのアレイが前記画素アレイと融合するように前記硬質ポリマーを溶解する工程と、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノワイヤの材料よりも低い屈折率を有する材料が前記ナノワイヤ間の空間を埋めるように、前記ナノワイヤの材料よりも低い屈折率を有する前記材料を配設する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノワイヤの材料よりも低い屈折率を有する前記材料が、化学蒸着法又は原子層蒸着を用いて配設される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
複数の光学カプラをその各々が少なくとも一つのナノワイヤと関連付けられるように配設する工程をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の光学カプラは放射光を前記ナノワイヤ内に誘導するように構成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ナノワイヤは、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、ヒ化ホウ素（ＢＡｓ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）のうちの一又は複数からなる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年８月９日に出願された米国出願第１３／９６３，８４７号に基づく優先権を主張する。上記出願の内容の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、多くの、一般には（デカルト）正方格子に一般に１００万個以上の同一のセンサ素子（ピクセル）を有するように製造される。このピクセルは、電磁放射を電気信号に変換するように構成されたフォトダイオードやそれ以外の受光素子であってもよい。近年における半導体技術の発展によって、ナノワイヤ等のナノスケールの半導体部品の製造が可能になっている。
【０００３】
ナノワイヤはソリッドステート画像装置に導入され、ソリッドステート画像装置に当たる電磁放射を制限して受光素子に伝送する。これらのナノワイヤはバルクシリコンから製造される。このバルクシリコンは研究者らがシリコンの表面が黒く「見え」て可視光を反射しないように模様を施しているが、外観が灰色になっている。
【０００４】
しかしながら、選択的に所定の波長で光を吸収（又は光の反射率を下げる）ように構成されたナノワイヤは製造されていない。
【発明の概要】
【０００５】
米国特許出願第１２／２０４６８６号，１２／６４８９４２号，１３／５５６０４１号，１２／２７０２３３号，１２／４７２２６４号，１２／４７２２７１号，１２／４７８５９８号，１２／５７３５８２号，１２／５７５２２１号，１２／６３３３２３号，１２／６３３３１８号，１２／６３３３１３号，１２／６３３３０５号，１２／６２１４９７号，１２／６３３２９７号，１２／９８２２６９号，１２／９６６５７３号，１２／９６７８８０号，１２／９６６５１４号，１２／９７４４９９号，１２／９６６５３５号，１２／９１０６６４号，１２／９４５４９２号，１３／０４７３９２号，１３／０４８６３５号，１３／１０６８５１号，１３／２８８１３１号，１３／５４３３０７号，及び１３／６９３２０７号は、それぞれ参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００６】
一部の実施形態において、カラーフィルターアレイを説明する。カラーフィルターアレイは、複数の画素を配置した基板、複数の画素の各々に関連付けられた一又は複数のナノワイヤ、一又は複数のナノワイヤの各々に関連付けられた光学カプラを含んでもよい。前記一又は複数のナノワイヤは前記基板から実質的に垂直に延在する。
【０００７】
一部の実施形態において、前記一又は複数のナノワイヤの各々は光の基本周波数を吸収するように構成され、この基本周波数はナノワイヤの直径と相関関係にある。前記ナノワイヤは、一部の実施形態において光の高調波周波数をも吸収する。
【０００８】
一部の実施形態において、カラーフィルターアレイの作製方法を説明する。複数の画素を含む画素アレイを提供する工程であって、硬質ポリマーが前記画素アレイの画像面を実質的に覆う、工程と、ナノワイヤのアレイを作製する工程であって、当該ナノワイヤの各々は基板から実質的に垂直に延在する、工程と、透明ポリマー材料を配設して前記ナノワイヤを実質的に封入する工程と、前記基板から前記ナノワイヤを取り外す工程と、前記ナノワイヤのアレイを前記画素アレイ上に配設する工程と、前記ナノワイヤを封入する前記透明ポリマーを除去する工程と、を含む方法。
【０００９】
一部の実施形態において、複数の画素の各々が一又は複数のナノワイヤと整列されるように、ナノワイヤのアレイが画素アレイ上で整列される。
【００１０】
一部の実施形態において、画素アレイは、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイを含む画像センサを備える。
【００１１】
本発明は記述された特定のシステム、装置、及び方法に限定されず、種々のものに適用される。本明細書における用語法は、特定の様式を持つ実施形態のみを記述することを目的としており、範囲を限定することを意図していない。
【００１２】
本明細書において用いられている通り、文脈上明らかに別の意味に規定される場合を除き、単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」によって複数の指示対象が指示される。別途定義がない限り、本明細書で用いる全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。本開示の記載はいずれも、本開示に記載された実施形態がそれ以前の発明によってその開示の時期を早める権利がないことを認めるものとは解釈されない。本書面で用いられるように、「備える」という語は「含むが、それには限定されない」という意味である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示においては、本開示の一部を構成する添付の図面を参照する。図面においては、文脈上別に規定される場合を除き、類似の記号は一般に類似のコンポーネントを示す。詳細な説明、図面、及びクレームで説明された種々の実施形態は例示であり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書において提示される発明主題の趣旨や範囲を逸脱しない限り、他の実施形態を適用することも可能であり、他の変更をなすことも可能である。本明細書の全般にわたって記述され、また図面に例示されるように、本開示の態様は種々多様な構成で配置、置換、混合、分離、及び設計することが可能であり、それらの構成のすべてが本明細書内で想定されている。
【００１４】
【図１】一実施形態にかかるカラーフィルターアレイの例を示す。
【００１５】
【図２】一実施形態にかかるカラーフィルターアレイを作製する方法を示す。
【００１６】
【図３】一実施形態にかかる、基板から実質的に垂直に延在するナノワイヤのアレイを作製する工程を概略的に示す。
【００１７】
【図３Ａ】基板から実質的に垂直に延在するナノワイヤのアレイを作製する工程の代替実施形態を概略的に示す。
【００１８】
【図４】一実施形態にかかる、画素アレイ上にナノワイヤのアレイを配置する工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
カラーフィルターアレイ及びカラーフィルターアレイを作製する方法を説明する。カラーフィルターアレイは画素アレイの複数の画素の各々と関連付けられた一又は複数のナノワイヤを含み、当該一又は複数のナノワイヤの各々は画素アレイの表面から実質的に垂直に延在するようになっている。ナノワイヤの各々は、これらのナノワイヤの中に光を向けるように構成された光カプラと関連付けられている。これらのナノワイヤはＩＶ族半導体（例えば、シリコン）又はＩＩＩ−Ｖ族半導体（例えば、ガリウムヒ素）から作製される。
【００２０】
特定の理論に拘束されることを望むものではないが、個別のナノワイヤにおいてその直径によっては光が結合して誘導モードに入り得ることが想定される。より長い波長は結合してより大きい直径のナノワイヤに入り得る。このように光の特定の波長が結合して個別のナノワイヤに入る結果、その光の波長がほぼ完全に（９８％）吸収される。よって、このようなナノワイヤが白光に暴露されると、出現する光はその白光から取り除かれた結合波長を有する。このように、異なる直径を有するナノワイヤのアレイは、ナノワイヤの異なる直径によって光の様々な波長を取り除くフィルタとして作用する。アレイ全体にわたってナノワイヤの直径を適切に配分することによって、特定の色又は色合いを除去するためのカラーフィルターを設計することができると想定される。
【００２１】
ナノワイヤの材料、ナノワイヤの長さ、ナノワイヤの周囲の材料などの要因により、ナノワイヤの直径と吸収される波長との特定の関係が決定される場合があることが理解されよう。よって、例えば、約９０ｎｍから約１１０ｎｍの直径を有するシリコン製のナノワイヤは赤い光を取り除くことができ、同じ直径を有するガリウムヒ素のナノワイヤは異なる波長を取り除くことができる。同様に、シリコン製ののナノワイヤの周囲に空気以外の材料があると、このナノワイヤによって取り除かれる波長が変化する場合がある。
【００２２】
図１は一実施形態にかかるカラーフィルターアレイの例を示す。カラーフィルターアレイ１００は、不動態化層１１４を有する基板１１５、基板上に配置された複数の画素１３０、複数の画素１３０の各々に関連付けられた一又は複数のナノワイヤ１１０、一又は複数のナノワイヤの各々に関連付けられた光学カプラ１１８を含んでもよい。ナノワイヤ１１０は実質的に基板１１５に垂直に延在する。一部の実施形態において、基板１１５はさらに画像センサ１３５を含んでもよい。種々の実施形態において、基板１１５及びナノワイヤ１１０は中間層１１２において融合してもよい。種々の実施形態において、不動態化層１１４は基板材料の酸化物又はドープされた半導体層であってもよい。
【００２３】
図１は例示であってそのまま拡大・縮小するものではないことを理解すべきである。よって、図１に示すカラーフィルターアレイ１００の種々の態様の寸法及びアスペクト比は限定を意図していない。
【００２４】
種々の実施形態において、前記一又は複数のナノワイヤ１１０の各々は、ナノワイヤ１１０の直径に依存する光の基本周波数を吸収してもよい。本明細書の他の箇所で述べるように、吸収された光の基本周波数は主にナノワイヤ１１０の直径に依存するものの、他の要因、例えばナノワイヤの材料、ナノワイヤの周囲の材料、ナノワイヤの長さなどが、直径と基本周波数との関係を決定する場合がある。よって、ナノワイヤによって吸収される光の基本周波数は、他のすべての条件が同じであれば、ナノワイヤの直径に比例的に依存することが理解されよう。
【００２５】
同様に、光の高調波周波数が特定の直径を有するナノワイヤによって吸収されることが理解されよう。例えば、特定のナノワイヤが３７５ＴＨｚの周波数（８００ｎｍの波長）を有する光を吸収する場合、同じナノワイヤは７５０ＴＨｚ（４００ｎｍの波長）の第２の高調波周波数を有する光を吸収してもよい。高調波は適用可能であれば同じように吸収されることを理解すべきである。例えば、入射光の周波数が電磁スペクトルの遠赤外（ＦＩＲ）領域から電磁スペクトルの遠紫外（ＤＵＶ）領域にわたる場合、この入射光内に第３又はさらに第４の高調波を見出せる場合がある。同様に、入射光の周波数が電磁スペクトルのＦＩＲ領域から電磁スペクトルのＸ線領域にわたる場合、電磁スペクトルのＦＩＲ領域の光を吸収するのに十分な大きさの直径を有するナノワイヤによって、さらなる高調波が吸収されてもよい。
【００２６】
一部の実施形態において、ナノワイヤ１１０は約１０ｎｍから約２００ｎｍの直径を有してもよい。一部の実施形態では、ナノワイヤ１１０の直径は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約７５ｎｍ、約７５ｎｍから約１００ｎｍ、約７５ｎｍから約１２０ｎｍ、約１２０ｎｍから約１０００ｎｍ、約１μｍから約１０μｍ、約１０μｍから約１００μｍ、約１００μｍから約２００μｍ、又はこれらの値のいずれか２つの間の任意の値又は範囲であってもよい。
【００２７】
真性（非ドープ）のシリコンから作製されたナノワイヤの場合、直径が約５０ｎｍ未満のナノワイヤ１１０は電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）領域の光を吸収でき、直径が約５０ｎｍから約７５ｎｍのナノワイヤは電磁スペクトルの青色領域の光を吸収でき、直径が約７５ｎｍから約１００ｎｍのナノワイヤは電磁スペクトルの緑色領域の光を吸収でき、直径が約９０ｎｍから約１２０ｎｍのナノワイヤは電磁スペクトルの赤色領域の光を吸収でき、直径が約１１５ｎｍより大きいナノワイヤは電磁スペクトルの赤外（ＩＲ）領域の光を吸収できる。
【００２８】
ナノワイヤは種々の材料から作製されてもよい。いくつかの材料はその光学的属性により他の材料よりも好ましい。例えば、一部のＩＶ族半導体又はＩＩＩ−Ｖ族半導体は、そのバンドギャップ及び屈折率によって一部の実施形態においてより望ましい。ナノワイヤを作製するのに用いられる材料は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、ヒ化ホウ素（ＢＡｓ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）であるが、これらの材料には限定されない。ナノワイヤを作製するのに用いられる材料の他の例には、二酸化ケイ素などの透明半導体酸化物、又は窒化ケイ素などの透明窒化物が含まれる。
【００２９】
再び図１を参照すると、カラーフィルターアレイ１００内のナノワイヤ１１０は、任意の凸状の横断面形状を有してもよい。例えば、一部の実施形態において、ナノワイヤは横断面が円状であってもよい。他の実施形態において、ナノワイヤは、例えば、楕円形、正方形、長方形、五角形、六角形、八角形、又はその他の任意の規則的又は不規則的な多角形を有してもよい。図１においてはナノワイヤ１１０の長さ方向に沿って均一な横断面が示されているものの、本開示の範囲及び趣旨においては、ナノワイヤの長さ方向に沿って不均一な横断面を有することが想定されると理解されるべきである。例えば、一部の実施形態において、ナノワイヤの横断面積は、ナノワイヤの自由末端から基板までの長さ方向に沿って増加し、基板と接触するナノワイヤの部分が最大の横断面積を有するようになっていてもよい。他の実施形態において、ナノワイヤの自由末端が最大の横断面積を有してもよい。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、不均一な横断面を有することには利点があると考えられる（例えば、円錐形のナノワイヤの場合）。
【００３０】
ナノワイヤは基板から実質的に垂直に延在するため、ナノワイヤの長さはナノワイヤの高さということもある。直径（又は多角形のナノワイヤの場合は、最大の辺）に対する長さ（又は高さ）の比は、ナノワイヤのアスペクト比という。種々の実施形態において、ナノワイヤのアスペクト比は約２対約２０であってもよい。通常、大きなアスペクト比を有する垂直なナノワイヤを製造することはより困難である。理論的には、ナノワイヤのアスペクト比は１０００も可能であるが、ナノワイヤ１１０の実際に実現可能なアスペクト比は製造技術によって制限される。一部の実施形態において、実際に実現可能なアスペクト比はナノワイヤの材料の物理特性によっても制限されることが、当業者には理解されるであう。このように、ナノワイヤの製造に用いられる特定の技術によっては、直径の小さいナノワイヤは比較的長さが短いことが想定される。カラーフィルターアレイ１００のナノワイヤ１１０は約０．１μｍから約２０μｍの長さを有してもよい。
【００３１】
種々の実施形態において、画像センサ１３５は電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイであってもよい。センサアレイを形成する画像センサ１３５の各々は、複数の画素１３０のうちの一又は複数と関連付けられてもよい。同様に、画素１３０の各々は、一又は複数のナノワイヤと関連付けられてもよい。このように、一部の実施形態において、各ナノワイヤで受けた光は単一の画像センサ１３５に伝送されてもよい。一部の実施形態において、複数のナノワイヤが一つの画像センサ１３５に光を伝送してもよい。画素１３０で受けられる光から特定の色の混合が取り除かれるように、異なる直径を有するナノワイヤの群が画素１３０の各々に関連付けられることによって、特定の色の光を画像センサ１３５に伝送して、その後画像センサが受けた光の強度を感知することができる。
【００３２】
画像センサ１３５のアレイは通常矩形（又はデカルト）格子として配置される。種々の実施形態において、ナノワイヤ１１０は画像センサ１３５のアレイに対応するアレイを形成するように配置されてもよい。例えば、ナノワイヤと画像センサとの間に１対１の対応関係が存在する実施形態においては、ナノワイヤアレイはそのピッチ及び形状が画像センサアレイと同一であってもよい。同様に、ナノワイヤと画像センサとの間に複数対１の対応関係が存在する実施形態においては、ナノワイヤのアレイの各格子点には複数のナノワイヤが配置されてサブアレイを形成し、これが画像センサアレイと同一のピッチ及び形状で反復される。
【００３３】
カラーフィルター１００はさらにマイクロレンズなどの光学カプラ１１８を備えてもよく、この光学カプラはナノワイヤ１１０の受光端に配設される。このような光学カプラは通常、より多くの光をナノワイヤに誘導することによって光の結合を改善する機能を有し、これによりカラーフィルター１００の効率を向上させる。一部の実施形態において、光学カプラ１１８の各々は単一のナノワイヤ１１０に対応してもよく、他の実施形態において、光学カプラの各々は複数のナノワイヤに関連付けられてもよい。
【００３４】
図２は一実施形態にかかるカラーフィルターアレイを作製する方法を示す。当業者は合理的な実験によってこの方法の種々の工程におけるプロセスパラメータを最適化することができることを理解すべきである。このようなプロセスパラメータは、例えば、特定の使用材料、所望の機能の幾何学的配置、加工環境における諸条件等に依存する。工程の順序を変更しても、特定の方法及び使用材料によっては、同じ又は類似の結果を生じることがあり得る。よって、本明細書において種々の工程を説明する方法及び順序は限定的なものとは見なされない。当業者は、本開示の範囲及び趣旨において、方法を適宜改変することができる。種々の実施形態において、説明された工程のうちの一又は複数を省略してもよい。当業者は、例えば、特定の使用材料、材料品質、使用可能な試薬、使用可能な設備などの要因に基づいて、どの工程を省略しても所望の結果を得られるかを決定できる。
【００３５】
カラーフィルターアレイを作製する方法２００は、基板から実質的に垂直に延在するナノワイヤのアレイを作製する工程２１０、ナノワイヤを実質的に封入するための透明ポリマーを配設する工程２２０、基板からナノワイヤを取り外す工程２３０、複数の画素を有する画素アレイを提供する工程２４０、前記画素アレイ上にナノワイヤのアレイを配設する工程２５０、及び前記ナノワイヤを封入する透明ポリマーを除去する工程２６０を含んでもよい。
【００３６】
図３は一実施形態にかかる、基板から実質的に垂直に延在するナノワイヤのアレイを作製する工程を概略的に示す。工程２１１において、半導体基板を洗浄する。工程２１２において、金属の薄層にアレイパターンを得る。工程２１３において、半導体に所定の深さまでエッチングを施す。工程２１４において、適切な方法で金属層を除去し、半導体基板から実質的に垂直に延在するナノワイヤが残るようにする。
【００３７】
一部の実施形態において、工程２１２のアレイパターンは種々のリソグラフィー技術を用いて得ることができる。例えば、一実施形態において、光硬化性樹脂の薄膜を、例えば、スピンコーティング又はスプレーコーティングによって基板上に溶着させてもよい。光硬化性樹脂の特定の部分が溶剤によって除去され他の部分が残るように、リソグラフィーの工程を用いて光硬化性樹脂にアレイパターンを描き込む。一部の実施形態において、このアレイパターンは、例えば、フォトリソグラフィー又は電子ビームリソグラフィーによって描かれてもよい。リソグラフィーの工程に続いて、例えば、化学蒸着法、スパッタリング、パルスレーザー蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、及び／又はその他の方法を用いて、金属薄膜を溶着させる。その後光硬化性樹脂は、例えば、適切な溶剤中に溶解することで剥離し、金属薄膜のアレイパターンが残る。
【００３８】
他の実施形態においては、金属薄膜を基板上に溶着させ、光硬化性樹脂をこの金属薄膜上に溶着させ、光硬化性樹脂の特定の部分が溶剤によって除去され他の部分が残るように、リソグラフィーの工程を用いて光硬化性樹脂にアレイパターンを描き込み、適切な方法で金属を除去し、光硬化性樹脂を除去して金属薄膜のアレイパターンを残す。
【００３９】
一部の実施形態において、ドライ又はウェット化学エッチング技術を用いて基板をエッチングする工程２１３を含んでもよい。ウェット化学エッチングは、基板材料を溶解できる適切な化学エッチング液を用いて基板を処理する工程を含んでもよい。このような実施形態においては、基板材料の特定の結晶面に沿ってエッチング処理が可能な化学薬品が望ましい。例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いてシリコンのエッチング処理を行ってもよい。種々の実施形態において、この工程にはドライエッチングを用いることによって、エッチマスクとして機能できる金属薄膜との反応を回避することが好ましい。ドライエッチングは、例えば、イオンミリング又はプラズマミリングなどの物理スパッタリング、プラズマエッチング、又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含んでもよい。反応性イオンエッチングは半導体を除去するための特定のガス又はプラズマを使用する。例えば、六フッ化硫黄、テトラフルオロメタン、又はオクタフルオロシクロブタンを用いてシリコンのエッチングを行ってもよい。同様に、塩素、又は塩素と三塩化ホウ素の混合物を用いてガリウムヒ素のエッチングを行ってもよい。当業者は、特定の基板材料に適したガス及び金属マスクを選択することができる。
【００４０】
あるいは、図３Ａに示すように、工程２１２Ａにおいて、アレイパターンが金属層に開口を有し、基板がこの開口を通して露出されてもよい。このようなパターンは上述の工程２１２について説明した技術と類似の技術を用いて得ることができるが、リソグラフィーの工程に差異がある。工程２１２Ａにおいては、例えば、光硬化性樹脂が除去されてアレイパターンが残り、続いて金属の溶着及びその後の光硬化性樹脂の剥離によって、金属薄膜内に開口のパターンが生じる。あるいは、金属薄膜を先に溶着させ、その後開口のアレイパターンを有するように光硬化性樹脂を成形してもよい。金属はその後、開口のアレイパターンが金属を通って移動し基板を露出するように、適切なエッチング液を用いてエッチングされてもよい。その後、光硬化性樹脂層の除去により、基板が露出される開口のパターンを有する金属膜が生じる。
【００４１】
このような実施形態において、金属アシスト化学エッチングを工程２１３Ａで用いて金属膜の下方の基板をエッチングしてもよい。金属アシスト化学エッチングにおいて、エッチング液は適切な酸、例えば、基板がＳｉ又はＧｅならばフッ化水素酸と、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）などの酸化剤を、当該酸化剤を還元するための触媒として作用する金属とともに含む。この酸化剤は、還元される一方で基板を酸化して酸素物を形成し、この酸化物は酸によって溶解する。基板がエッチングされるにつれて、金属層は基板から剥離することなく陥没し、それにより継続的にエッチング液を基板に供給する。
【００４２】
工程２１４において、金属は適切なエッチング液で溶解されて除去されてもよい。一部の実施形態において、ドライエッチングを用いて酸素プラズマ、高エネルギー電子ビーム、高エネルギーイオンビーム、イオン化ガス等に金属を暴露することによって、金属を除去してもよい。
【００４３】
再び図２を参照すると、ブロック２２０において透明ポリマーがナノワイヤを実質的に封入するように配設される。透明ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等である。透明ポリマーは、例えば、基板上に流す又は噴霧することによって配設されてもよい。一部の実施形態において、基板はポリマーを噴霧又は流した後に所定の温度で所定時間硬化させるか又はアニールしてもよい。種々の実施形態において、ポリマーはナノワイヤの高さを超える厚みを有してもよい。例えば、ナノワイヤの高さが約１５μｍのとき、ポリマーの厚みは約１５．５μｍ、１６μｍ、２０μｍ、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、又はこれらの値のいずれか２つの間の任意の厚みであってもよい。
【００４４】
ブロック２３０において、基板をエッチングして基板からナノワイヤを取り外す。基板のエッチング工程は、物理スパッタリング（イオンミリング等）、ドライエッチング、ウェットエッチング、化学機械研磨、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。あるいは、例えば、かみそりの刃を用いてナノワイヤアレイを破断する又は下部を切り取ることで、ナノワイヤアレイを機械的に基板から取り外してもよい。
【００４５】
ブロック２４０において、複数の画素を有する画素アレイが提供される。画素アレイは、画素アレイの画像面を実質的に覆う硬質ポリマーの層を含んでもよい。硬質ポリマーの非限定的な例として、ポリイミドやエポキシ樹脂等、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられる。硬質ポリマーは、例えば、スプレーコーティング、スピンコーティング、電子スピニング、流し込み等、又はこれらの任意の組み合わせを用いて配設されてもよい。一部の実施形態において、画素アレイは画素のデカルト格子を含んでもよい。一部の実施形態において、複数の画素の各々はＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサなどの感光素子と関連付けられてもよい。その他の実施形態において、複数の画素が一つの感光素子と関連付けられてもよい。
【００４６】
図４は一実施形態にかかる、画素アレイ上にナノワイヤのアレイを配置する工程２５０を示す。工程２５２において、ナノワイヤを封入する透明ポリマーの少なくとも一部を（例えば、酸素プラズマエッチング、ドライエッチング、又は適切な溶剤中での制御された溶解を用いて）除去し、ナノワイヤの少なくとも一部が透明ポリマーによって封入されていないようにしてもよい。
【００４７】
工程２５４において、ナノワイヤの封入されていない部分が硬質ポリマーによって実質的に封入されるように、例えば、ポリイミドなどの硬質ポリマーを配設する。一部の実施形態において、ナノワイヤの一部を封入する硬質ポリマーは、画素アレイを覆う硬質ポリマーと同じであってもよい。ナノワイヤアレイは画素アレイ上に配設され、これら２つのアレイの硬質ポリマーが接触するようになっている。硬質ポリマーは、例えば、スプレーコーティング、スピンコーティング、又は硬質ポリマーをナノワイヤアレイ上に流し込むことによって配設されてもよい。
【００４８】
工程２５６において、ナノワイヤアレイを封入する硬質ポリマーが画素アレイ上に配設された硬質ポリマーと接触するように、ナノワイヤアレイが画素アレイ上に整列される。本明細書の別の箇所で述べたように、各画素に単一のナノワイヤが関連付けられる実施形態において、ナノワイヤアレイの形状及びピッチは画素アレイの形状及びピッチと同一である。同様に、複数のナノワイヤが単一の画素に関連付けられる実施形態において、適切な数のナノワイヤが、画素アレイの形状及びピッチを有するアレイ状に配置された群を形成する。種々の実施形態において、適切な整列マークを画素アレイ及びナノワイヤアレイ上に施して、画素アレイ上にナノワイヤアレイを正確に位置づけることを可能にすることが好ましい。
【００４９】
画素アレイ及びナノワイヤアレイが正確に整列されると、工程２５８において、２つのアレイは硬質ポリマーを溶解することによって融合される。一部の実施形態において、画素アレイ及びナノワイヤアレイの組立体を比較的短い時間適切な温度（硬質ポリマーの融点又はガラス転移温度による）まで熱することによって、硬質ポリマーを溶解してもよい。他の実施形態において、例えば、超音波溶接によってアレイを融合してもよい。ナノワイヤアレイ及び画素アレイを融合するための特定の工程及びそれに用いられるパラメータ（周波数、強度、時間、温度など）は、カラーフィルターアレイの作製に用いられる特定の材料に依存することが理解できよう。
【００５０】
再び図２を参照すると、ブロック２６０において、ナノワイヤを封入する透明ポリマーを除去する。本明細書の他の箇所で述べたように、透明ポリマーは反応性イオンエッチング、酸素プラズマエッチング、又は適切な溶剤中での溶解によって除去してもよい。透明ポリマーを取り除くための他の適切な技術が、本開示の範囲内で想定される。
【００５１】
一部の実施形態において、カラーフィルターアレイを作製する方法２００は、ナノワイヤの材料よりも低い屈折率を有する材料を配設する工程（図示せず）を任意に含んでもよい。ナノワイヤ間の空間が実質的に低屈折率の材料によって埋められるように、低屈折率の材料を配設してもよい。種々の実施形態において、例えば、化学蒸着法、原子層蒸着、又は使用される種々の材料と両立可能な他の適切な技術を用いて、低屈折率の材料を配設してもよい。
【００５２】
他の一部の実施形態において、方法２００はさらに、複数の光学カプラをその各々がナノワイヤアレイの少なくとも一つのナノワイヤと関連付けられるように配設する工程（図示せず）を任意に含んでもよい。光学カプラは、例えば、マイクロレンズなどの構造体を含んでもよい。本明細書の他の箇所で述べたように、光学カプラは放射光を各ナノワイヤ内に誘導することによってカラーフィルターアレイの光補足効率を向上させることができる。
【００５３】
上記の詳細な説明によって、図、フローチャート、及び／又は実施例を使用することによって、デバイスや工程の様々な実施形態を説明した。かかる図、フローチャート、及び／又は実施例が一又は複数の機能や動作を含む場合、かかる図、フローチャート、及び／又は実施例に含まれる各機能や動作は、様々なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの実質的に任意の組み合わせによって、個別に及び／又は共同して、実現され得る。
【００５４】
当業者であれば、本明細書において説明された方法でデバイスや工程を説明すること、そして、エンジニアリングの慣用手法により、そのようにして説明されたデバイスや工程をデータ処理システムに組み込むことが、当該技術分野において一般的であることを理解するであろう。つまり、本明細書において説明されたデバイスや工程の少なくとも一部は、合理的な量の実験によって、データ処理システムに統合できる。
【００５５】
本明細書における発明主題は、他の異なる構成要素内にある、又は、他の異なる構成要素と結合された、異なる構成要素を説明することがある。説明された構造は例示に過ぎず、同じ機能を実現するために他の多くの構造を用いることもできる。概念的な意味においては、同じ機能を実現するための構成要素の任意の構成は、その所望の機能が実現されるように、効果的に「関連付けられ（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」る。したがって、本明細書において特定の機能を実現するために組合わされた２つの構成要素は、構成や介在する構成要素とは関係なく、その所望の機能が実現されるように互い「に関連付けられ（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ）」ていると理解できる。
【００５６】
本明細書における実質的に任意の複数形や単数形の語の使用について、当業者であれば、文脈上又は本出願に適切な場合、単数形を複数形に置き換え、複数形を単数形に置き換えることができる。本明細書においては、明確さのために、様々な単数形と複数形との置換を明示的に説明する場合がある。
【００５７】
全ての引用文献（特許、特許出願、及び非特許文献を含むがこれらには限られない）は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００５８】
本明細書においては、様々な態様や実施形態が開示されているが、当業者にはそれ以外の態様や実施形態も明らかであろう。本明細書に開示された様々な態様や実施形態は、説明のためのものに過ぎず、特許請求の範囲に示される本発明の範囲や趣旨を限定することを意図するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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