JP2007259232A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体撮像素子は、入射光に含まれる赤色及び緑色の光を透過させ且つ青色の光を反射する第1の色分離素子と35、入射光に含まれる緑色及び青色の光を透過させ且つ赤色の光を反射する第2の色分離素子36と、第1の色分離素子35を透過した光のうちの緑色の光を透過させて第1の受光部21Aに入射する第3の色分離素子37と、第2の色分離素子36を透過した光のうちの緑色の光を透過させて第4の受光部21Dに入射する第4の色分離素子38と、第1の色分離素子35において反射された青色の光を反射して第3の受光部21Cに入射する第1のミラー素子39と、第2の色分離素子36において反射された赤色の光を反射して第2の受光部21Bに入射する第2のミラー素子40とを有している。
【選択図】図2
Description
12 基本単位
21 受光部
21A 第1の受光部
21B 第2の受光部
21C 第3の受光部
21D 第4の受光部
22 色分離部
23A 第1の光学素子部
23B 第2の光学素子部
31 オンチップマイクロレンズ
32 コリメータ素子
35 第1の色分離素子
36 第2の色分離素子
37 第3の色分離素子
38 第4の色分離素子
39 第1のミラー素子
40 第2のミラー素子
41A 第1のハーフミラー素子
41B 第2のハーフミラー素子
42A 第1の光吸収部
42B 第2の光吸収部
43A 第1の偏光ビームスプリッタ素子
43B 第2の偏光ビームスプリッタ素子
44A 偏光子
44B 偏光子
44C 偏光子
44D 偏光子
46 遮光壁
47 遮光壁
48A 第1の原色カラーフィルタ
48B 第2の原色カラーフィルタ
48C 第3の原色カラーフィルタ
51 第1の光路
52 第2の光路
53 第3の光路
54 第4の光路
55 第5の光路
56 第6の光路
57 第7の光路
58 第8の光路
61 第1のプリズム形成膜
62 合成樹脂膜
63 第1のプリズム形状
64 下部色分離素子
65 第1の中間膜
66 第2プリズム形成膜
67 合成樹脂膜
68 第2のプリズム形状
69A 第1の上部色分離素子
69B 第2の上部色分離素子
70 ミラー素子
71 第2の中間膜
81 第1の誘電体膜
82 第2の誘電体膜
83 第3の誘電体膜
84 第4の誘電体膜
Claims (10)
- 基板に行列状に形成され、入射光を光電変換する複数の受光部と、
前記複数の受光部のうち、2行2列に隣接して形成された4つの受光部ごとにそれぞれ形成された複数の色分離部とを備え、
前記各色分離部は、
入射光を、前記4つの受光部のうちの第1の受光部に入射する第1の光路に導く第1の光学素子部と、
入射光を、前記4つの受光部のうちの前記第1の受光部と行及び列が異なる位置に配置された第4の受光部に入射する第1の光路に導く第2の光学素子部と、
前記第1の光学素子部と前記第1の受光部との間における前記第1の光路上に形成され、入射光に含まれる赤色、緑色及び青色の光のうちの1色の光を前記第1の受光部と同一の行で且つ異なる列に配置された第3の受光部側に反射して前記第1の光路と交差する第3の光路に導き且つ残りの2色の光を透過させる第1の色分離素子と、
前記第2の光学素子部と前記第4の受光部との間における前記第2の光路上に形成され、入射光に含まれる赤色、緑色及び青色の光のうちの1色の光を前記第1の受光部と同一の列で且つ異なる行に配置された第2の受光部側に反射して前記第2の光路と交差する第4の光路に導き且つ残りの2色の光を透過させる第2の色分離素子と、
前記第1の色分離素子と前記第1の受光部との間における前記第1の光路上に形成され、前記第1の色分離素子を透過した光に含まれる2色の光のうちの一方を反射して前記第1の光路と交差する第5の光路に導き、他方を透過させて前記第1の受光部に入射させる第3の色分離素子と、
前記第2の色分離素子と前記第3の受光部との間における前記第2の光路上に形成され、前記第2の色分離素子を透過した光に含まれる2色の光のうちの一方を反射して前記第2の光路と交差する第6の光路に導き、他方を透過させて前記第4の受光部に入射させる第4の色分離素子と、
前記第3の光路上に形成され、前記第3の光路に導かれた光を反射して、前記第3の受光部に入射する第7の光路に導く第1のミラー素子と、
前記第4の光路上に形成され、前記第4の光路に導かれた光を反射して、前記第2の受光部に入射する第8の光路に導く第2のミラー素子とを有し、
前記第1の色分離素子が反射する光の色と、前記第2の色分離素子が反射する光の色とは互いに異なっており、
前記第3の色分離素子が透過させる光の色と、前記第4の色分離素子が透過させる光の色とは同一であることを特徴とする固体撮像素子。 - 前記第1の色分離素子は青色の光を反射し、前記第2の色分離素子は赤色の光を反射し、
前記第3の色分離素子及び第4の色分離素子は、緑色の光を透過することを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1の光学素子部及び第2の光学素子部は、入射光を集光するマイクロレンズ素子と、マイクロレンズ素子により集光された入射光を平行光とするコリメータ素子とをそれぞれ有してることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像素子。
- 前記第5の光路と前記第8の光路とは交差し、
前記第6の光路と前記第7の光路とは交差し、
前記第5の光路と前記第8の光路との交差部には、前記第8の光路を進む光を透過し且つ前記第5の光路を進む光の一部を反射して前記第2の受光部に入射させる第1のハーフミラー素子が形成され、
前記第6の光路と前記第7の光路との交差部には、前記第7の光路を進む光を透過し且つ前記第6の光路を進む光の一部を反射して前記第3の受光部に入射させる第2のハーフミラー素子が形成され、
前記第5の光路における前記第1のハーフミラー素子を挟んで前記第3の色分離素子と反対側には、光を吸収する第1の光吸収部が形成され、
前記第6の光路における前記第2のハーフミラー素子を挟んで前記第4の色分離素子と反対側には、光を吸収する第2の光吸収部が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記第5の光路と前記第8の光路とは交差し、
前記第6の光路と前記第7の光路とは交差し、
前記第5の光路と前記第8の光路との交差部には、第1のビームスプリッタ素子が形成され、
前記第6の光路と前記第7の光路との交差部には、第2のビームスプリッタ素子が形成され、
前記第5の光路における前記第3の色分離素子と前記第1のビームスプリッタ素子との間には第1の偏光子が形成され、
前記第6の光路における前記第4の色分離素子と前記第2のビームスプリッタ素子との間には第2の偏光子が形成され、
前記第7の光路における前記1のミラー素子と前記第2のビームスプリッタ素子との間には第3の偏光子が形成され、
前記第8の光路における前記第2のミラー素子と前記第1のビームスプリッタ素子との間には第4の偏光子が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記各色分離部の周囲の領域に形成された第1の遮光膜と、
前記色分離部が配置された領域に形成され、前記第1の光路、第2の光路、第3の光路、第4の光路、第5の光路、第6の光路、第7の光路及び第8の光路以外の部分における光の透過を防止する第2の遮光膜とをさらに備えていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記第2の遮光膜は、光を吸収する材料又は光を反射する材料からなることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。
- 前記各色分離部における前記第1の光路、第2の光路、第3の光路、第4の光路、第5の光路、第6の光路、第7の光路及び第8の光路となる領域には、光を透過する中間膜が形成されており、
前記第2の遮光膜は、前記中間膜よりも屈折率が小さい材料からなり、
前記中間膜は光導波路として機能することを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記第3の色分離素子と前記第1の受光部との間に形成され、前記第1の受光部に入射する光の色に対応した第1の原色カラーフィルタと、
前記第1のミラー素子と前記第2の受光部との間に形成され、前記第2の受光部に入射する光の色に対応した第2の原色カラーフィルタと、
前記第2のミラー素子と前記第3の受光部との間に形成され、前記第3の受光部に入射する光の色に対応した第3の原色カラーフィルタと、
前記第4の色分離素子と前記第4の受光部との間に形成され、前記第4の受光部に入射する光の色に対応した第4の原色カラーフィルタとを有していることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 半導体基板に複数の受光部を行列状に形成する工程と、
前記半導体基板の上に第1のプリズム形成膜を形成した後、形成した第1の平坦化膜をパターニングして、前記複数の受光部のうち行方向に1行おきに且つ列方向に1列おきに形成された受光部の上に、傾斜面を有する第1のプリズム形状をそれぞれ形成する工程と、
前記各第1のプリズム形状の傾斜面に第1の誘電体膜を形成することにより、光の3原色のうちの第1の色の光のみを透過する下部色分離素子を形成する工程と
前記半導体基板の上に前記下部色分離素子を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に第2のプリズム形成膜を形成した後、形成した第2のプリズム形成膜をパターニングして、前記各受光部の上に傾斜面を有する第2のプリズム形状をそれぞれ形成する工程と、
前記複数の第2のプリズム形状のうち、前記下部色分離素子の上で且つ奇数行及び偶数行の一方に形成された第2のプリズム形状の傾斜面に第2の誘電体膜を形成することにより、光の3原色のうちの第1の色の光及び第2の色の光を透過し且つ第3の色の光を列方向に隣接する第2のプリズム形状に入射する方向に反射する第1の上部色分離素子を形成する工程と、
前記複数の第2のプリズム形状のうち、前記下部色分離素子の上で且つ奇数行及び偶数行の他方に形成された第2のプリズム形状の傾斜面に第3の誘電体膜を形成することにより、光の3原色の第1の色の光及び第3の色の光を透過し且つ第2の色の光を列方向に隣接する第2のプリズム形状入射する方向に反射する第2の上部色分離素子を形成する工程と、
前記複数の第2のプリズム形状のうち、前記下部色分離素子の上に形成された第2のプリズム形状以外の第2のプリズム形状の傾斜面に第4の誘電体膜を形成することにより、前記第1の上部色分離素子又は前記第2の上部色分離素子において反射された光を前記基板と交差する方向に反射するミラー素子を形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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