JP2021190481A - Color imaging device and electronic apparatus - Google Patents

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弘毅 今村
Koki Imamura
聡 相原
Satoshi Aihara
俊克 堺
Toshikatsu Sakai
友望 高木
Yumi Takagi
弘人 佐藤
Hiroto Sato
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Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Abstract

To make focus and separate each wavelength region component of incident light into colors in a correspondent photoelectric conversion layer in a vertical color separation type color imaging device.SOLUTION: The present invention relates to a color imaging device comprising: a light transmission layer through which light of a first wavelength region, light of a second wavelength region and light of a third wavelength region are transmitted; a first photoelectric conversion layer which absorbs the light of the first wavelength region and performs photoelectric conversion; a first signal readout circuit which reads out signal charge generated in the first photoelectric conversion layer; a second photoelectric conversion layer which absorbs the light of the second wavelength region and performs photoelectric conversion; a second signal readout circuit which reads out signal charge generated in the second photoelectric conversion layer; a third photoelectric conversion layer which absorbs the light of the third wavelength region and performs photoelectric conversion; and a third signal readout circuit which reads out signal charge generated in the third photoelectric conversion layer. The light transmission layer includes a light transmission film and first, second and third microstructure arrays provided in the light transmission film and respectively condensing the light of the first, second and third wavelength regions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はカラー撮像素子及び電子機器に係り、特に垂直色分離型のカラー撮像素子及びそれを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a color image sensor and an electronic device, and particularly relates to a vertical color separation type color image sensor and an electronic device using the same.

現行のカメラには、撮像素子を3枚用いてカラー画像を取得する3板式と、撮像素子を1枚のみ用いてカラー画像を取得する単板式と、の2つの方式が用いられている。 The current camera uses two methods, a three-plate type that acquires a color image using three image sensors and a single plate type that acquires a color image using only one image sensor.

3板式では、入射した光を色分解プリズムにより三原色、すなわち赤(R)、緑(G)、青(B)に色分離し、3つの撮像素子でそれぞれの像を取得する。このため、入射光を効率よく利用でき、高画質な撮像が可能である反面、色分解プリズムが必要であり小型化が困難である。 In the three-plate system, the incident light is color-separated into three primary colors, that is, red (R), green (G), and blue (B) by a color separation prism, and each image is acquired by three image pickup elements. Therefore, while the incident light can be efficiently used and high-quality imaging is possible, a color separation prism is required and miniaturization is difficult.

一方、単板式では、1つの撮像素子にRGBのカラーフィルタを面内配置し色分離する。そのため、小型化が可能である反面、入射光のうち特定の波長域の光以外を吸収するカラーフィルタを用いるため、3板式と比べ光の利用効率が低く、画質が低下する。
このように、3板式と単板式とには一長一短があり、撮像素子の高画質化と小型化の両立が課題となっている。
On the other hand, in the single plate type, an RGB color filter is arranged in-plane on one image sensor to separate colors. Therefore, while miniaturization is possible, since a color filter that absorbs incident light other than the light in a specific wavelength range is used, the light utilization efficiency is lower than that of the three-plate type, and the image quality is deteriorated.
As described above, the three-plate type and the single-plate type have advantages and disadvantages, and it is an issue to achieve both high image quality and miniaturization of the image sensor.

そこで、光の進行方向に色分離を行う垂直色分離型カラー撮像素子が開発されている。例えば、シリコン(Si)基板上にSiフォトダイオードを3枚積層した撮像素子が知られている(特許文献1参照)。これは、Siへの赤色光、緑色光、青色光の侵入深さの違いを利用し色分離を行うものであり、光の入射側である撮像素子の上部から青色光、緑色光、赤色光を順に吸収し電荷を生成することにより、カラー画像を取得する方式である。 Therefore, a vertical color separation type color image sensor that performs color separation in the traveling direction of light has been developed. For example, an image pickup device in which three Si photodiodes are laminated on a silicon (Si) substrate is known (see Patent Document 1). This is to perform color separation by utilizing the difference in the penetration depth of red light, green light, and blue light into Si, and blue light, green light, and red light are performed from the upper part of the image pickup element on the incident side of the light. This is a method of acquiring a color image by absorbing light in order and generating a charge.

また、同じく積層型の撮像素子として、緑色光のみを吸収し電荷を生成するような有機光電変換膜を光の入射側である撮像素子の上部に配置し、下部に2層積層したSiフォトダイオードを用いることにより、光の入射側から順に青色光、赤色光を吸収し、電荷を生成する方式が知られている(特許文献2参照)。これは、上部で中間の波長である緑色光を取得することにより、下部で波長の離れた赤色光と青色光とのSiへの侵入深さの差異をもって色分離を行う方式である。 Also, as a laminated image sensor, an organic photoelectric conversion film that absorbs only green light and generates charge is placed on the upper part of the image sensor on the incident side of the light, and a Si photodiode with two layers laminated on the lower part. Is known as a method of absorbing blue light and red light in order from the incident side of light to generate a charge (see Patent Document 2). This is a method in which green light having an intermediate wavelength is acquired in the upper part, and color separation is performed based on the difference in penetration depth between red light and blue light having different wavelengths in the lower part.

一方で、赤色光、緑色光、青色光など、特定の波長域の光のみを選択的に吸収する有機光電変換膜を積層した有機撮像素子が提案されている。有機撮像素子は、赤色光、緑色光、青色光それぞれにのみ感度をもつ有機光電変換膜と光透過型の薄膜トランジスタ(TFT)を用いた信号読み出し回路を交互に積層した構造により垂直色分離を行う方式である。具体的には、例えばガラス基板上に読み出し回路と有機膜を成膜した素子を3枚積層したもの、及び最下部の有機光電変換膜及び信号読み出し回路をCMOSイメージセンサに置き換えたものが開示されている(特許文献3及び特許文献4)。 On the other hand, an organic image pickup device in which an organic photoelectric conversion film that selectively absorbs only light in a specific wavelength range such as red light, green light, and blue light is laminated has been proposed. The organic image pickup element performs vertical color separation by a structure in which a signal readout circuit using an organic photoelectric conversion film having sensitivity only for red light, green light, and blue light and a light transmission type thin film transistor (TFT) are alternately laminated. It is a method. Specifically, for example, a device in which a readout circuit and three elements having an organic film formed on a glass substrate are laminated, and a device in which the organic photoelectric conversion film and the signal readout circuit at the bottom are replaced with a CMOS image sensor are disclosed. (Patent Document 3 and Patent Document 4).

一方で、近年では、可視光透過膜の内部に光透過膜よりも屈折率の大きい材料からなる、幅及び奥行きが光波長より小さい微細構造体の配列により光位相を制御するメタサーフェス技術に関する研究が広く行われており、中でも光学レンズの放物線状の位相分布を模した微細構造体の配置により、集光機能を持たせたメタレンズが注目を集めている(非特許文献1)。 On the other hand, in recent years, research on metasurface technology that controls the optical phase by arranging fine structures whose width and depth are smaller than the optical wavelength, which are made of a material having a higher refractive index than the light transmitting film inside the visible light transmitting film. Is widely used, and among them, a metal lens having a light-collecting function due to the arrangement of a fine structure imitating the parabolic phase distribution of an optical lens is attracting attention (Non-Patent Document 1).

このメタレンズでは、位相分布の制御により焦点距離を変化させることが原理的に可能であることから、垂直色分離の手法としての利用が考えられる。これまでには、赤色光、緑色光、青色光それぞれの位相を制御するための3つの異なる形状の矩形微細構造体を同一面内において同心円上に回転配置し、各色の光に対する放物線状の制御された位相分布を形成することにより、赤色光、緑色光、青色光の軸上色収差を拡大する手法が報告されている(非特許文献2)。 Since it is possible in principle to change the focal length of this metal lens by controlling the phase distribution, it can be considered to be used as a method of vertical color separation. So far, three differently shaped rectangular microstructures for controlling the phases of red light, green light, and blue light have been rotated and arranged concentrically in the same plane, and parabolic control for each color of light has been performed. A method of expanding the axial chromatic aberration of red light, green light, and blue light by forming the above-mentioned phase distribution has been reported (Non-Patent Document 2).

特表2002−513145号公報Japanese Patent Publication No. 2002-513145 特開2017−174936号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-174936 特開2005−51115号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-51115 特開2019−102623号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-102623

M. Khorasaninejad et al., Science 352, 1190 (2016).M. Khorasaninejad et al., Science 352, 1190 (2016). K. Li et al., Opt. Express 25, 21419 (2017).K. Li et al., Opt. Express 25, 21419 (2017).

しかしながら、特許文献1の方式では、光入射側の距離の浅い青色光吸収領域においても一定量の赤色光、緑色光が吸収されるなど、色分離性に問題があった。
また、特許文献2の方式においては、各画素ユニット単位で貫通ビアを通すことは製造工程を複雑化するとともに、画素内に貫通ビアが配置されることにより受光面積が減少し、光利用効率が低下する問題があった。
However, in the method of Patent Document 1, there is a problem in color separability such that a certain amount of red light and green light are absorbed even in a blue light absorption region having a short distance on the light incident side.
Further, in the method of Patent Document 2, passing through the penetrating vias in each pixel unit complicates the manufacturing process, and the light receiving area is reduced by arranging the penetrating vias in the pixels, so that the light utilization efficiency is improved. There was a problem of decline.

特許文献3、特許文献4の方式では、3つの光電変換層それぞれの間にガラス基板や中間層が必要となり、その構造上、カメラの光学レンズの焦点深度の範囲内に収めることが困難であり、例えば2層目に焦点が合うように設定すると1層目と3層目で焦点が合わず取得像が劣化するという問題があった。
また、非特許文献2のメタレンズを用いた軸上色収差の拡大については、これまでに具体的な用途が提案されてこなかったが、積層型の撮像素子に適用すれば、各々の光電変換層の層間距離によらず、すべての光電変換層に焦点を合わせながら垂直色分離できると考えられる。しかしながら、非特許文献2のように赤色光、緑色光、青色光の3色の集光をターゲットとし微細構造を同一面内に配置したメタレンズでは、非特許文献1に示すような標準的な単色光の集光をターゲットとしたメタレンズ(集光効率75〜95%程度)と比べ、1ターゲット色当たりの矩形微細構造体の密度が低下することにより、各色の集光効率が40〜55%程度にまで低下してしまう問題がある。
In the methods of Patent Document 3 and Patent Document 4, a glass substrate and an intermediate layer are required between each of the three photoelectric conversion layers, and due to their structure, it is difficult to keep them within the focal depth of the optical lens of the camera. For example, if the second layer is set to be in focus, there is a problem that the first layer and the third layer are out of focus and the acquired image is deteriorated.
Further, regarding the expansion of axial chromatic aberration using the metal lens of Non-Patent Document 2, no specific application has been proposed so far, but if it is applied to a laminated image pickup element, it can be applied to each photoelectric conversion layer. It is considered that vertical color separation can be performed while focusing on all photoelectric conversion layers regardless of the interlayer distance. However, as in Non-Patent Document 2, a metal lens in which the fine structures are arranged in the same plane with the target of condensing three colors of red light, green light, and blue light is a standard single color as shown in Non-Patent Document 1. Compared to a metal lens that targets light collection (light collection efficiency of about 75 to 95%), the density of rectangular microstructures per target color is reduced, so that the light collection efficiency of each color is about 40 to 55%. There is a problem that it drops to.

本発明は、上述の問題点を鑑みて為されたものであり、入射光の各波長域成分が対応する光電変換層で焦点を結ぶことにより色分離を可能とし、集光効率を低下させることなく、さらに製造が容易化された垂直色分離型のカラー撮像素子及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and enables color separation by focusing on a photoelectric conversion layer corresponding to each wavelength range component of incident light, thereby reducing light collection efficiency. It is an object of the present invention to provide a vertical color separation type color image pickup element and an electronic device using the same, which are further facilitated in production.

(1)本発明の第1の態様は、少なくとも第1の波長域の光、第2の波長域の光及び第3の波長域の光を含む光の入射方向から順に、
少なくとも前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する光透過層と、
前記第1の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第1の信号読み出し回路と、
前記第2の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第3の波長域の光を透過する第2の光電変換層と、
前記第2の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第2の信号読み出し回路と、
前記第3の波長域の光を吸収して光電変換を行う第3の光電変換層と、
前記第3の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第3の信号読み出し回路と、
を備えたカラー撮像素子であって、
前記光透過層は、
光透過膜と、
前記光透過膜内に設けられた、前記第1の波長域の光を前記第1の光電変換層に集光する第1の微細構造体配列、前記第2の波長域の光を前記第2の光電変換層に集光する第2の微細構造体配列、及び前記第3の波長域の光を前記第3の光電変換層に集光する第3の微細構造体配列と、を備え、
前記第1の微細構造体配列を構成する複数の第1の微細構造体、前記第2の微細構造体配列を構成する複数の第2の微細構造体及び前記第3の微細構造体配列を構成する複数の第3の微細構造体の各屈折率は前記光透過膜の屈折率よりも大きい、カラー撮像素子である。
(1) The first aspect of the present invention is, in order from the incident direction of light including light in at least the first wavelength region, light in the second wavelength region, and light in the third wavelength region.
A light transmitting layer that transmits at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region.
A first photoelectric conversion layer that absorbs light in the first wavelength region to perform photoelectric conversion and transmits light in the second wavelength region and light in the third wavelength region.
A first signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the first photoelectric conversion layer, and
A second photoelectric conversion layer that absorbs light in the second wavelength range to perform photoelectric conversion and transmits light in the third wavelength range.
A second signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the second photoelectric conversion layer, and
A third photoelectric conversion layer that absorbs light in the third wavelength range and performs photoelectric conversion,
A third signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the third photoelectric conversion layer, and
It is a color image sensor equipped with
The light transmitting layer is
Light transmission film and
The first microstructure arrangement provided in the light transmitting film that concentrates the light in the first wavelength region on the first photoelectric conversion layer, and the light in the second wavelength region is the second. A second microstructure array that concentrates light on the photoelectric conversion layer, and a third microstructure array that concentrates light in the third wavelength range on the third photoelectric conversion layer.
A plurality of first microstructures constituting the first microstructure array, a plurality of second microstructures constituting the second microstructure array, and a third microstructure array. Each of the plurality of third microstructures has a refractive index larger than that of the light transmitting film, which is a color imaging device.

(2)本発明の第2の態様は、少なくとも第1の波長域の光、第2の波長域の光及び第3の波長域の光を含む光の入射方向から順に、
少なくとも前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する光透過層と、
前記第1の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第1の信号読み出し回路と、
少なくとも前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する第1の層間絶縁層と、
前記第2の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第3の波長域の光を透過する第2の光電変換層と、
前記第2の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第2の信号読み出し回路と、
少なくとも前記第3の波長域の光を透過する第2の層間絶縁層と、
前記第3の波長域の光を吸収して光電変換を行う第3の光電変換層と、
前記第3の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第3の信号読み出し回路と、
を備えたカラー撮像素子であって、
前記光透過層は、第1の光透過膜と、該第1の光透過膜に含まれた、前記第1の波長域の光を前記第1の光電変換層に集光する第1の微細構造体配列と、を有し、
前記第1の層間絶縁層は、第2の光透過膜と、該第2の光透過膜に含まれた、前記第2の波長域の光を前記第2の光電変換層に集光する第2の微細構造体配列と、を有し、
前記第2の層間絶縁層は、第3の光透過膜と、該第3の光透過膜に含まれた、前記第3の波長域の光を前記第3の光電変換層に集光する第3の微細構造体配列と、を有し、
前記第1の微細構造体配列を構成する複数の第1の微細構造体の屈折率は前記第1の光透過膜の屈折率よりも大きく、前記第2の微細構造体配列を構成する複数の第2の微細構造体の屈折率は前記第2の光透過膜の屈折率よりも大きく、前記第3の微細構造体配列を構成する複数の第3の微細構造体の屈折率は前記第3の光透過膜の屈折率よりも大きい、カラー撮像素子である。
(2) The second aspect of the present invention is, in order from the incident direction of light including light in at least the first wavelength region, light in the second wavelength region, and light in the third wavelength region.
A light transmitting layer that transmits at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region.
A first photoelectric conversion layer that absorbs light in the first wavelength region to perform photoelectric conversion and transmits light in the second wavelength region and light in the third wavelength region.
A first signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the first photoelectric conversion layer, and
A first interlayer insulating layer that transmits light in at least the second wavelength region and light in the third wavelength region,
A second photoelectric conversion layer that absorbs light in the second wavelength range to perform photoelectric conversion and transmits light in the third wavelength range.
A second signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the second photoelectric conversion layer, and
A second interlayer insulating layer that transmits light in at least the third wavelength region,
A third photoelectric conversion layer that absorbs light in the third wavelength range and performs photoelectric conversion,
A third signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the third photoelectric conversion layer, and
It is a color image sensor equipped with
The light transmitting layer is a first light transmitting film and a first fine particle that condenses light in the first wavelength range contained in the first light transmitting film on the first photoelectric conversion layer. With a structure array,
The first interlayer insulating layer has a second light transmitting film and a second photoelectric conversion layer that collects light in the second wavelength range contained in the second light transmitting film. It has 2 microstructure arrays and
The second interlayer insulating layer is a third light transmitting film and a third photoelectric conversion layer that collects light in the third wavelength range contained in the third light transmitting film. It has 3 microstructure arrays and
The refractive index of the plurality of first microstructures constituting the first microstructure arrangement is larger than the refractive index of the first light transmitting film, and the plurality of constituents of the second microstructure arrangement. The refractive index of the second microstructure is larger than the refractive index of the second light transmitting film, and the refractive index of the plurality of third microstructures constituting the third microstructure arrangement is the third. It is a color image pickup element having a refraction coefficient larger than that of the light transmissive film.

(3)上記(1)又は(2)に記載のカラー撮像素子において、前記第1の光電変換層、前記第2の光電変換層及び前記第3の光電変換層のそれぞれは、前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光に感度を有する有機材料を含有してもよい。 (3) In the color imaging device according to (1) or (2), each of the first photoelectric conversion layer, the second photoelectric conversion layer, and the third photoelectric conversion layer is the first photoelectric conversion layer. It may contain an organic material having sensitivity to light in a wavelength range, light in the second wavelength range, and light in the third wavelength range.

(4)上記(1)から(3)のいずれかに記載のカラー撮像素子において、前記第1の微細構造体配列、前記第2の微細構造体配列、及び前記第3の微細構造体配列以外の領域に入射する、少なくとも前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を含む前記光を遮光する遮光層を、前記光透過層と前記第1の光電変換層との間に備えてもよい。 (4) In the color imaging device according to any one of (1) to (3), other than the first microstructure array, the second microstructure array, and the third microstructure array. The light transmitting layer and the light-shielding layer that shields the light including at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region incident on the region of the above. It may be provided between the first photoelectric conversion layer and the like.

(5)本発明の第3の態様は、上記(1)から(4)のいずれかに記載のカラー撮像素子と、該カラー撮像素子に光を入射する光学系と、前記カラー撮像素子から出力される電気信号の画像処理を行う画像処理回路と、を備えた電子機器である。 (5) A third aspect of the present invention is the color image sensor according to any one of (1) to (4) above, an optical system that incidents light on the color image sensor, and an output from the color image sensor. It is an electronic device provided with an image processing circuit that performs image processing of an electric signal to be generated.

本発明によれば、積層膜の厚さ、光電変換層の数及び積層順序に依らず、入射光の各波長域成分が対応する光電変換層で焦点を結ぶことにより色分離が可能となる。
また本発明によれば、集光効率の低下を防ぐとともに、カラー撮像素子の製造を容易化することができる。
According to the present invention, color separation is possible by focusing on the corresponding photoelectric conversion layer for each wavelength range component of the incident light, regardless of the thickness of the laminated film, the number of photoelectric conversion layers, and the stacking order.
Further, according to the present invention, it is possible to prevent a decrease in light collection efficiency and facilitate the manufacture of a color image pickup device.

本発明の第1実施形態のカラー撮像素子の一画素の構成を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of one pixel of the color image sensor of 1st Embodiment of this invention. 図1に示したカラー撮像素子の一画素の光透過層を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light transmission layer of one pixel of the color image sensor shown in FIG. 1. 図1に示したカラー撮像素子の一画素の上面図である。It is a top view of one pixel of the color image sensor shown in FIG. 1. 図3のX−X’断面の光透過層の第1〜第3の微細構造体配列、遮光層及び第1の光電変換層を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a first to third microstructure arrangement, a light-shielding layer, and a first photoelectric conversion layer of the light transmitting layer in the XX'cross section of FIG. (A)は第1〜第3の微細構造体配列を構成する微細構造体の形状を説明するための斜視図、(B)は微細構造体の上面図である。(A) is a perspective view for explaining the shape of the microstructure constituting the first to third microstructure arrangement, and (B) is a top view of the microstructure. 第1の微細構造体配列を構成する第1の微細構造体の配列を示す上面図である。It is a top view which shows the arrangement of the 1st microstructure which constitutes the 1st microstructure arrangement. 第2の微細構造体配列を構成する第2の微細構造体の配列を示す上面図である。It is a top view which shows the arrangement of the 2nd microstructure which constitutes the 2nd microstructure arrangement. 第3の微細構造体配列を構成する第3の微細構造体の配列を示す上面図である。It is a top view which shows the arrangement of the 3rd microstructure which constitutes the 3rd microstructure arrangement. 光の波長と集光効率との関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the wavelength of light and the light collection efficiency. 微細構造体の長軸の配向角度θに対する光位相Φの関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship of the optical phase Φ with respect to the orientation angle θ of the long axis of a fine structure. 各微細構造体配列の半径と光位相Φとの関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the radius of each microstructure arrangement and the optical phase Φ. 赤色光、緑色光、青色光の焦点距離f、f、fを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the focal lengths f R , f G , and f B of red light, green light, and blue light. <f<fのときの各微細構造体の半径rと光位相Φとの関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the radius r and the optical phase Φ of each microstructure when f R <f G <f B. 青色光、緑色光、赤色光の焦点距離f、f、fを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the focal lengths f B , f G , f R of blue light, green light, and red light. <f<fのときの各微細構造体の半径rと光位相Φとの関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the radius r and the optical phase Φ of each microstructure when f B <f G <f R. 赤色光、緑色光、青色光の焦点距離f、f、fを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the focal lengths f R , f G , and f B of red light, green light, and blue light. <f<fのときの各微細構造体の半径rと光位相Φとの関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the radius r and the optical phase Φ of each microstructure when f G <f B <f R. 赤色光、青色光、緑色光の焦点距離f、f、fを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the focal lengths f R , f B , and f G of red light, blue light, and green light. 本発明の第2実施形態のカラー撮像素子の一画素の構成を示す模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of one pixel of the color image sensor of the 2nd Embodiment of this invention. 図19に示したカラー撮像素子の一画素の光透過層、第1の層間絶縁層及び第2の層間絶縁層を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a light transmission layer, a first interlayer insulating layer, and a second interlayer insulating layer of one pixel of the color image sensor shown in FIG. 第1実施形態のカラー撮像素子をデジタルスチルカメラに用いた例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which used the color image sensor of 1st Embodiment in a digital still camera.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態のカラー撮像素子の一画素の構成を示す模式的断面図である。図2は図1に示したカラー撮像素子の一画素の光透過層を示す断面図である。図3は図1に示したカラー撮像素子の一画素の上面図である。図4は図3のX−X’断面の光透過層の第1〜第3の微細構造体配列、遮光層及び第1の光電変換層を示す断面図である。なお、図1及び図2において、z方向は層の積層方向を示す。
図1に示すように、本実施形態に係るカラー撮像素子1Aの一画素は、光の入射方向から順に、光透過層10、第1の光電変換層11、第1の信号読み出し回路層12、第1の層間絶縁層13、第2の光電変換層14、第2の信号読み出し回路層15、第2の層間絶縁層16、第3の光電変換層17、及び第3の信号読み出し回路層18を備えている。図3及び図4に示すように、光透過層10と第1の光電変換層11との間には遮光層19が設けられている。光透過層10から第3の信号読み出し回路層18までの各層及び遮光層19は、絶縁基板20上に設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of one pixel of the color image sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a light transmission layer of one pixel of the color image sensor shown in FIG. FIG. 3 is a top view of one pixel of the color image sensor shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first to third microstructure arrangement, a light shielding layer, and a first photoelectric conversion layer of the light transmitting layer in the XX'cross section of FIG. In addition, in FIG. 1 and FIG. 2, the z direction indicates the stacking direction of layers.
As shown in FIG. 1, one pixel of the color image sensor 1A according to the present embodiment has a light transmission layer 10, a first photoelectric conversion layer 11, and a first signal readout circuit layer 12 in order from the incident direction of light. A first interlayer insulating layer 13, a second photoelectric conversion layer 14, a second signal readout circuit layer 15, a second interlayer insulating layer 16, a third photoelectric conversion layer 17, and a third signal readout circuit layer 18. It is equipped with. As shown in FIGS. 3 and 4, a light-shielding layer 19 is provided between the light transmitting layer 10 and the first photoelectric conversion layer 11. Each layer from the light transmission layer 10 to the third signal readout circuit layer 18 and the light-shielding layer 19 are provided on the insulating substrate 20.

絶縁基板20の材料としては、ガラス、シリコン、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、プラスチックフィルム、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)等を用いることができる。 As the material of the insulating substrate 20, glass, silicon, silicon oxide, magnesium oxide, nickel oxide, aluminum oxide, plastic film, polyimide, polyethylene terephthalate (PET) and the like can be used.

図1では、絶縁基板20上に第3の信号読み出し回路層18が形成されて、第3の信号読み出し回路層18上に第3の光電変換層17から光透過層10が順次積層される例に示しているが、絶縁基板20が光透過性を有する場合には、絶縁基板20上に光透過層10が形成されて、光透過層10上に第1の光電変換層11から第3の信号読み出し回路層18が順次積層されてもよい。
図1〜図4では、カラー撮像素子1Aの一画素のみを示しているが、カラー撮像素子1Aはアレイ状に縦横に配列された画素を備えている。
In FIG. 1, an example in which a third signal readout circuit layer 18 is formed on an insulating substrate 20, and a light transmission layer 10 is sequentially laminated from a third photoelectric conversion layer 17 on the third signal readout circuit layer 18. However, when the insulating substrate 20 has light transmittance, the light transmitting layer 10 is formed on the insulating substrate 20, and the first photoelectric conversion layer 11 to the third are formed on the light transmitting layer 10. The signal readout circuit layers 18 may be sequentially laminated.
1 to 4 show only one pixel of the color image sensor 1A, but the color image sensor 1A includes pixels arranged vertically and horizontally in an array.

以下、絶縁基板20上に形成される、光透過層10から第3の信号読み出し回路層18までの各層及び遮光層19について説明する。 Hereinafter, each layer from the light transmission layer 10 to the third signal readout circuit layer 18 and the light-shielding layer 19 formed on the insulating substrate 20 will be described.

<光透過層10>
図2に示すように、光透過層10は、光透過膜100と、光透過膜100内の、光の入射方向から順に深さ方向の異なる位置に設けられた、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103を含んでいる。赤外光を検出しない場合には、光透過層10上には、赤外光を吸収するフィルタを備えることが望ましい。
第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103は、光の入射方向から見て円形状となっている。光透過膜100は四角状となっており、光透過膜100の一部に第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103が設けられる。
第1の微細構造体配列101は、入射した光のうち、第1の波長域の光となる青色光(ピーク波長450nm)を集光して第1の光電変換層11に入射させる。第2の微細構造体配列102は、入射した光のうち、第2の波長域の光となる緑色光(ピーク波長500〜540nm)を集光して第2の光電変換層14に入射させる。第3の微細構造体配列103は、入射した光のうち、第3の波長域の光となる赤色光(ピーク波長650nm)を集光して第3の光電変換層17に入射させる。なお、第1の波長域の光を青色光(ピーク波長450nm)、第2の波長域の光を緑色光(ピーク波長500〜540nm)、第3の波長域の光を赤色光(ピーク波長650nm)として説明するが、各色の光の順番は入れ替わっても、同様の効果を有する。
なお、図1では、第1の波長域の光となる青色光を実線で示し、第2の波長域の光となる緑色光を破線で示し、第3の波長域の光となる赤色光を一点鎖線で示している。
<Light transmitting layer 10>
As shown in FIG. 2, the light transmitting layer 10 is a first microstructure arrangement provided in the light transmitting film 100 and the light transmitting film 100 at different positions in the depth direction in order from the incident direction of light. It includes 101, a second microstructure array 102, and a third microstructure array 103. When infrared light is not detected, it is desirable to provide a filter that absorbs infrared light on the light transmitting layer 10.
The first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 have a circular shape when viewed from the incident direction of light. The light transmitting film 100 has a square shape, and a first microstructure array 101, a second microstructure array 102, and a third microstructure array 103 are provided in a part of the light transmitting film 100. ..
The first microstructure array 101 condenses blue light (peak wavelength 450 nm), which is light in the first wavelength region, among the incident light, and causes the incident light to be incident on the first photoelectric conversion layer 11. The second microstructure array 102 condenses green light (peak wavelength 500 to 540 nm), which is light in the second wavelength region, among the incident light, and causes the incident light to be incident on the second photoelectric conversion layer 14. The third microstructure array 103 collects red light (peak wavelength 650 nm), which is light in the third wavelength region, among the incident light, and causes the incident light to be incident on the third photoelectric conversion layer 17. The light in the first wavelength range is blue light (peak wavelength 450 nm), the light in the second wavelength range is green light (peak wavelength 500 to 540 nm), and the light in the third wavelength range is red light (peak wavelength 650 nm). ), But even if the order of the light of each color is changed, the same effect is obtained.
In FIG. 1, the blue light that is the light in the first wavelength region is shown by a solid line, the green light that is the light in the second wavelength range is shown by a broken line, and the red light that is the light in the third wavelength range is shown by a broken line. It is shown by a single point chain line.

光透過膜100は、光透過性を有する絶縁性材料で形成されるものが望ましい。例えば、シリコンや酸化シリコン、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、プラスチックフィルム、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなるものを用いることができる。 The light transmitting film 100 is preferably formed of an insulating material having light transmission. For example, silicon, silicon oxide, silicon oxide, magnesium oxide, nickel oxide, aluminum oxide, a plastic film, polyimide, or polyethylene terephthalate (PET) can be used.

第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103の詳細については後述する。 Details of the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 will be described later.

<第1〜第3の光電変換層11、14、17>
第1の光電変換層11は上下面を第1の画素電極と第1の対向電極に挟まれ、青色光を電気信号に変換する。第2の光電変換層14は上下面を第2の画素電極と第2の対向電極に挟まれ、緑色光を電気信号に変換する。第3の光電変換層17は上下面を第3の画素電極と第3の対向電極に挟まれ、赤色光を電気信号に変換する。第1〜第3の光電変換層11、14、17は、光の入射方向から見て四角形状となっている。
<Third 1st to 3rd photoelectric conversion layers 11, 14, 17>
The upper and lower surfaces of the first photoelectric conversion layer 11 are sandwiched between the first pixel electrode and the first counter electrode, and blue light is converted into an electric signal. The upper and lower surfaces of the second photoelectric conversion layer 14 are sandwiched between the second pixel electrode and the second counter electrode, and green light is converted into an electric signal. The upper and lower surfaces of the third photoelectric conversion layer 17 are sandwiched between the third pixel electrode and the third counter electrode, and red light is converted into an electric signal. The first to third photoelectric conversion layers 11, 14, and 17 have a rectangular shape when viewed from the incident direction of light.

第1〜第3の光電変換層11、14、17の各光電変換層は、特定の波長域の光を吸収し、他の波長域の光を透過することが求められ、有機材料を好適に用いることができるが、同様の特性を有する無機材料及びそれを含有する材料を単独で用いてもよく、また2種類以上混合または積層してもよい。第1の光電変換層11に用いられる、青色光のみに感度を有する有機材料としては、例えば、クマリン誘導体やポルフィリン誘導体が挙げられる。第2の光電変換層14に用いられる、緑色光のみに感度を有する有機材料としては、例えば、キナクリドン誘導体やペリレン誘導体が挙げられる。第3の光電変換層17に用いられる、赤色光のみに感度を有する有機材料としては、例えば、フタロシアニン誘導体やナフタロシアニン誘導体が挙げられる。 Each of the first to third photoelectric conversion layers 11, 14 and 17 is required to absorb light in a specific wavelength range and transmit light in another wavelength range, and an organic material is suitable. Although it can be used, an inorganic material having similar characteristics and a material containing the same may be used alone, or two or more kinds may be mixed or laminated. Examples of the organic material used for the first photoelectric conversion layer 11 and having sensitivity only to blue light include coumarin derivatives and porphyrin derivatives. Examples of the organic material used for the second photoelectric conversion layer 14 having sensitivity only to green light include a quinacridone derivative and a perylene derivative. Examples of the organic material used for the third photoelectric conversion layer 17 and having sensitivity only to red light include a phthalocyanine derivative and a naphthalocyanine derivative.

第1〜第3の画素電極と、第1〜第3の対向電極とは、光透過性を有する材料が望ましい。例えば、光透過性を有する材料として、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)などが挙げられる。 It is desirable that the first to third pixel electrodes and the first to third counter electrodes are made of a material having light transmittance. For example, examples of the light-transmitting material include indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), indium oxide / zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and the like. Be done.

<遮光層19>
図3に示すように、遮光層19は、光透過層10と第1の光電変換層11との間に設けられ、四角形状の第1の光電変換層11上に、円形状の、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103が形成されることで生ずる四隅部分を遮光するために設けられる。遮光層19は、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103で集光されずに透過される成分(第1の波長域の光、第2の波長域の光及び第3の波長域の光を含む光)を除去する。遮光層19は、光透過層10上に設けてもよい。
<Shading layer 19>
As shown in FIG. 3, the light-shielding layer 19 is provided between the light transmitting layer 10 and the first photoelectric conversion layer 11, and is formed on a rectangular first photoelectric conversion layer 11 in a circular shape. It is provided to shield the four corners generated by the formation of the microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103. The light-shielding layer 19 is a component (light in the first wavelength range) transmitted by the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 without being condensed. , Light including light in the second wavelength range and light in the third wavelength range) is removed. The light-shielding layer 19 may be provided on the light-transmitting layer 10.

<第1〜第3の信号読出し回路層12、15、18>
一画素の信号読み出し回路層12、15、18は、それぞれ第1の画素電極、第2の画素電極、第3の画素電極と接続されるTFT回路を含んでいる。TFT回路の構成例は例えば特許文献4に記載されており、本実施形態の信号読み出し回路層12、15、18に適用することができる。例えば、特許文献4には、画素電極とソース又はドレインが接続される選択用TFTが1つ設けられた1画素1トランジスタの構成が記載されている。また、特許文献4には、画素電極をリセットするリセット用TFT、画素電極とゲートが接続される増幅用TFT、及び増幅用TFTのソース又はドレインと接続される選択用TFTが設けられた1画素3トランジスタの構成が記載されている。
信号読み出し回路層12、15、18に用いられるTFTは、光透過性を有する半導体材料からなるTFTを用いたものが好ましい。このような半導体材料としては、酸化亜鉛(ZnO)やアモルファス酸化物半導体であるインジウム・ガリウム・酸化亜鉛(InGaZnO)等が挙げられる。特に、信号読み出し回路層12は少なくとも緑色光及び赤色光を透過させるために可視光透過性を有する半導体材料、信号読み出し回路層15は少なくとも赤色光を透過させるために可視光透過性を有する半導体材料を用いることが望ましい。
<Third signal readout circuit layers 12, 15, 18>
The one-pixel signal readout circuit layers 12, 15, and 18 include a TFT circuit connected to a first pixel electrode, a second pixel electrode, and a third pixel electrode, respectively. A configuration example of the TFT circuit is described in, for example, Patent Document 4, and can be applied to the signal readout circuit layers 12, 15, and 18 of the present embodiment. For example, Patent Document 4 describes a configuration of a 1-pixel 1-transistor provided with one selection TFT to which a pixel electrode and a source or drain are connected. Further, Patent Document 4 is provided with a reset TFT that resets a pixel electrode, an amplification TFT that connects a pixel electrode and a gate, and a selection TFT that is connected to the source or drain of the amplification TFT. The configuration of the three transistors is described.
As the TFT used in the signal readout circuit layers 12, 15 and 18, it is preferable to use a TFT made of a light-transmitting semiconductor material. Examples of such a semiconductor material include zinc oxide (ZnO), indium, gallium, zinc oxide (InGaZnO), which are amorphous oxide semiconductors, and the like. In particular, the signal readout circuit layer 12 is a semiconductor material having visible light transmission to transmit at least green light and red light, and the signal readout circuit layer 15 is a semiconductor material having visible light transmission to transmit at least red light. It is desirable to use.

<第1及び第2の層間絶縁層13、16>
層間絶縁層13、16は、光透過層10と同様に、光透過性を有する絶縁性材料で形成されるものが望ましい。例えば、シリコンや酸化シリコン、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、プラスチックフィルム、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなるものを用いることができる。特に、第1の層間絶縁層13は少なくとも緑色光及び赤色光を透過させるために可視光透過性を有する絶縁材料、第2の層間絶縁層16は少なくとも赤色光を透過させるために可視光透過性を有する絶縁材料を用いることが望ましい。
<First and second interlayer insulating layers 13, 16>
It is desirable that the interlayer insulating layers 13 and 16 are formed of an insulating material having light transmittance, similarly to the light transmitting layer 10. For example, silicon, silicon oxide, silicon oxide, magnesium oxide, nickel oxide, aluminum oxide, a plastic film, polyimide, or polyethylene terephthalate (PET) can be used. In particular, the first interlayer insulating layer 13 is an insulating material having visible light transmission to transmit at least green light and red light, and the second interlayer insulating layer 16 is visible light transmitting to transmit at least red light. It is desirable to use an insulating material having.

以上、図1に示したカラー撮像素子の各構成層について説明した。以下、光透過層10に含まれる、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、及び第3の微細構造体配列103について更に説明する。 The constituent layers of the color image sensor shown in FIG. 1 have been described above. Hereinafter, the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 included in the light transmitting layer 10 will be further described.

<第1〜第3の微細構造体配列101、102、103>
図5の(A)は第1〜第3の微細構造体配列を構成する微細構造体の形状を説明するための斜視図、(B)は微細構造体の上面図である。図6〜図8は第1〜第3の微細構造体配列を構成する第1〜第3の微細構造体の配列を示す上面図である。
<First to third microstructure arrays 101, 102, 103>
FIG. 5A is a perspective view for explaining the shape of the microstructures constituting the first to third microstructure arrays, and FIG. 5B is a top view of the microstructures. 6 to 8 are top views showing the arrangement of the first to third microstructures constituting the first to third microstructure arrangements.

図6に示すように、第1の微細構造体配列101は、第1の微細構造体201が配列されて構成される。図7に示すように、第2の微細構造体配列102は、第2の微細構造体202が配列されて構成される。図8に示すように、第3の微細構造体配列103は、第3の微細構造体203が配列されて構成される。なお、図6〜図8に示される同心円は境界を示すものではなく、第1の微細構造体201、第2の微細構造体202及び第3の微細構造体203の配置の理解の容易化のために記載したものである。図6〜図8において、rは中心からの半径方向の距離を示す。 As shown in FIG. 6, the first microstructure array 101 is configured by arranging the first microstructure 201. As shown in FIG. 7, the second microstructure array 102 is configured by arranging the second microstructure 202. As shown in FIG. 8, the third microstructure array 103 is configured by arranging the third microstructure 203. The concentric circles shown in FIGS. 6 to 8 do not indicate boundaries, and facilitates understanding of the arrangement of the first microstructure 201, the second microstructure 202, and the third microstructure 203. It is described for the purpose. In FIGS. 6 to 8, r indicates a radial distance from the center.

図5の(A)及び(B)に示すように、第1〜第3の微細構造体201、202及び203は、高さhが同じでかつ断面形状が矩形である。第1〜第3の微細構造体201、202及び203の材料は、光透過層10の光透過膜100の材料の屈折率よりも屈折率の大きい材料からなる。
図6〜図8に示すように、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、第3の微細構造体配列103において、微細構造体201、202、203は、青色光、緑色光、赤色光それぞれに対応する位相分布が放物線状となるように、同心円状に配置されている。
第1の微細構造体配列101の微細構造体201、第2の微細構造体配列102の微細構造体202、及び第3の微細構造体配列103の微細構造体203は、それぞれ同一平面上に形成されている。
第1の微細構造体配列101の第1の微細構造体201の間の距離(ピッチ)は、青色光の光波長以下であり、その間隔(周期)は一定であってもそうでなくてもよい。第2の微細構造体配列102の第2の微細構造体202の間の距離(ピッチ)は、緑色光の光波長以下であり、その間隔(周期)は一定であってもそうでなくてもよい。第3の微細構造体配列103の第3の微細構造体203の間の距離(ピッチ)は、赤色光の光波長以下であり、その間隔(周期)は一定であってもそうでなくてもよい。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the first to third microstructures 201, 202 and 203 have the same height h and a rectangular cross-sectional shape. The materials of the first to third microstructures 201, 202 and 203 are made of a material having a refractive index larger than that of the material of the light transmitting film 100 of the light transmitting layer 10.
As shown in FIGS. 6 to 8, in the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103, the microstructures 201, 202, and 203 are blue light. , Green light, and red light are arranged concentrically so that the phase distributions corresponding to each are parabolic.
The microstructure 201 of the first microstructure array 101, the microstructure 202 of the second microstructure array 102, and the microstructure 203 of the third microstructure array 103 are each formed on the same plane. Has been done.
The distance (pitch) between the first microstructures 201 of the first microstructure array 101 is equal to or less than the wavelength of blue light, and the interval (period) may or may not be constant. good. The distance (pitch) between the second microstructures 202 of the second microstructure array 102 is less than or equal to the wavelength of the green light, and the interval (period) may or may not be constant. good. The distance (pitch) between the third microstructures 203 of the third microstructure array 103 is less than or equal to the wavelength of the red light, and the interval (period) may or may not be constant. good.

第1〜第3の微細構造体201、202及び203の寸法は以下の値とすることができる。
第1の微細構造体201の幅と奥行きをlとw、第2の微細構造体202の幅と奥行きをlとw、第3の微細構造体203の幅と奥行きをlとwとすると、l<l<lかつw<w<wの関係が成り立つ。具体的には、図9に示すように、第1〜第3の微細構造体201、202、203は、それぞれ青色光、緑色光、赤色光のみに集光効率を示すよう設計する必要があり、例えばl=80nm、w=42nm、l=91nm、w=67nm、l=131nm、w=102nm程度とすることが望ましい。図9は光の波長と集光効率との関係を示す特性図である。
また、第1〜第3の微細構造体201、202、203の高さhはh=400nm程度とすることが望ましい。第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、第3の微細構造体配列103における、第1〜第3の微細構造体201、202、203のピッチpは、p=200nm程度とすることが望ましい。
例えば撮像素子の画素サイズを3μmとすると、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、第3の微細構造体配列103における、第1〜第3の微細構造体201、202、203のそれぞれの数は、それぞれ700〜850個程度となる。
The dimensions of the first to third microstructures 201, 202 and 203 can be set to the following values.
The width and depth of the first microstructure 201 are l B and w B , the width and depth of the second microstructure 202 are l G and w G , and the width and depth of the third microstructure 203 are l R. When and w R , the relationship of l B <l G <l R and w B <w G <w R is established. Specifically, as shown in FIG. 9, the first to third microstructures 201, 202, and 203 need to be designed so as to exhibit light collection efficiency only for blue light, green light, and red light, respectively. For example, it is desirable that l B = 80 nm, w B = 42 nm, l G = 91 nm, w G = 67 nm, l R = 131 nm, and w R = 102 nm. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the wavelength of light and the light collection efficiency.
Further, it is desirable that the height h of the first to third microstructures 201, 202 and 203 is about h = 400 nm. The pitch p of the first to third microstructures 201, 202, 203 in the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 is p = 200 nm. It is desirable to set the degree.
For example, assuming that the pixel size of the image pickup element is 3 μm, the first to third microstructures 201 in the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103, The number of each of 202 and 203 is about 700 to 850, respectively.

微細構造体201、202、203を作製する材料としては、一般にメタサーフェスの作製に用いられるものを適用することができ、例えば、シリコン(Si)や窒化シリコン(SiN)などが挙げられる。
微細構造体201、202、203と、光透過層10の光透過膜との好ましい材料の組み合わせは、シリコンと酸化シリコン、又は窒化シリコンと酸化シリコンが挙げられる。また、微細構造体201、202、203と、光透過層10の光透過膜との材料の組み合わせとして、微細構造体をシリコンとし、光透過層10の光透過膜を酸化シリコン、酸化アルミニウム、ポリイミド等とすることもできる。
As a material for producing the microstructures 201, 202, and 203, materials generally used for producing a metasurface can be applied, and examples thereof include silicon (Si) and silicon nitride (SiN).
Preferred material combinations of the microstructures 201, 202, 203 and the light transmitting film of the light transmitting layer 10 include silicon and silicon oxide, or silicon nitride and silicon oxide. Further, as a combination of the materials of the microstructures 201, 202, 203 and the light transmitting film of the light transmitting layer 10, the microstructure is made of silicon, and the light transmitting film of the light transmitting layer 10 is made of silicon oxide, aluminum oxide, or polyimide. And so on.

微細構造体201、202、203と、光透過層10の光透過膜との材料の組み合わせを、シリコンと酸化シリコン、又は窒化シリコンと酸化シリコンとした場合、第1〜第3の微細構造体201、202及び203の寸法は以下の値とすることができる。
第1の微細構造体201の幅と奥行きをlとw、第2の微細構造体202の幅と奥行きをlとw、第3の微細構造体203の幅と奥行きをlとwとすると、l、w、l、w、l、wについては、l<l<lおよびw<w<wを満たし、かつ光波長以下(<〜500nm)であるとすることが望ましい。第1〜第3の微細構造体201、202、203の高さhについては1500nm以下であることが好ましく、700nm以下であることが更に好ましい。第1〜第3の微細構造体201、202、203の配列の縦横の周期は、ともに可視光波長以下とし、周期は一定であっても一定でなくてもよい。
When the combination of the materials of the microstructures 201, 202, 203 and the light transmitting film of the light transmitting layer 10 is silicon and silicon oxide, or silicon nitride and silicon oxide, the first to third microstructures 201 , 202 and 203 can have the following values.
The width and depth of the first microstructure 201 are l B and w B , the width and depth of the second microstructure 202 are l G and w G , and the width and depth of the third microstructure 203 are l R. And w R , for l B , w B , l G , w G , l R , w R , l B <l G <l R and w B <w G <w R are satisfied and below the optical wavelength. It is desirable that it is (<~ 500 nm). The height h of the first to third microstructures 201, 202, and 203 is preferably 1500 nm or less, and more preferably 700 nm or less. The vertical and horizontal periods of the arrangement of the first to third microstructures 201, 202, and 203 are all set to the visible light wavelength or less, and the period may or may not be constant.

図10は微細構造体の長軸の配向角度θに対する光位相Φの関係を示す特性図である。配向角度θは図5(B)に示すように、図6〜図8の横方向(左右方向)を基準線とした場合の角度である。第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、第3の微細構造体配列103は、各々の微細構造体の長軸の配向角度θが0度から90度の範囲において、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの光位相Φが0からπの間で線形に変化するように、lとw、lとw、lとwを定める。
また、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102、第3の微細構造体配列103は、図11に示すように、それぞれ光位相Φ(長軸の配向角度θ(r)に対応する)が放物線状となるように第1〜第3の微細構造体201、202、203が配置されている。
これにより、配向角度θと光位相Φが線形の関係であることから光透過層10内の微細構造体配列101、102、103を通過する赤色光、緑色光、青色光の光位相Φ(r)も放物線状となる。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship of the optical phase Φ with respect to the orientation angle θ of the long axis of the fine structure. As shown in FIG. 5B, the orientation angle θ is an angle when the lateral direction (left-right direction) of FIGS. 6 to 8 is used as a reference line. In the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103, the orientation angle θ of the major axis of each microstructure is in the range of 0 to 90 degrees. L B and w B , l G and w G , and l R and w R are determined so that the respective optical phases Φ of red light, green light, and blue light change linearly between 0 and π.
Further, as shown in FIG. 11, the first microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 each have an optical phase Φ (alignment angle θ (r) on the long axis). ) Corresponds to), and the first to third microstructures 201, 202, and 203 are arranged so as to have a parabolic shape.
As a result, since the orientation angle θ and the optical phase Φ have a linear relationship, the optical phases Φ (r) of the red light, green light, and blue light passing through the microstructure arrangements 101, 102, and 103 in the light transmitting layer 10. ) Is also parabolic.

dΦ/drと焦点距離は負の相関があることから、dθ/drを変化させることにより焦点距離を制御することができる。本実施形態の場合、青色光、緑色光、赤色光の順でdΦ/drが大きくなっていることから、図12に示すように、赤色光、緑色光、青色光の順で焦点距離f、f、fが大きくなっており、青色光の焦点距離と赤色光との焦点距離の差は10μm程度に拡大される。
なお、dθ/drを変化させることで、焦点距離f、f、fの大きさは、任意に変化させることができ、その順序は図13と図14、図15と図16、図17と図18に示すように異なっていてもよい。図13、図15及び図17は、それぞれf<f<f、f<f<f、f<f<fのときの各微細構造体の半径と光位相Φとの関係を示す特性図である。図14、図16及び図18は、青色光、緑色光、赤色光の焦点距離f、f、fを説明するための図、赤色光、緑色光、青色光の焦点距離f、f、fを説明するための図、及び赤色光、青色光、緑色光の焦点距離f、f、fを説明するための図である。
また、上から見たときの微細構造体の断面積が青色光、緑色光、赤色光の順で大きいという条件を満たしており、かつ同等の効果を有するものであれば、微細構造体の断面形状は矩形でなくてもよく、例えば、断面形状が楕円や多角形などでもよい。
Since dΦ / dr and the focal length have a negative correlation, the focal length can be controlled by changing dθ / dr. In the case of this embodiment, dΦ / dr increases in the order of blue light, green light, and red light. Therefore, as shown in FIG. 12, the focal length f R in the order of red light, green light, and blue light. , F G and f B are increasing, and the difference between the focal length of blue light and the focal length of red light is expanded to about 10 μm.
By changing dθ / dr, the sizes of the focal lengths f R , f G , and f B can be arbitrarily changed, and the order thereof is FIG. 13 and FIG. 14, FIGS. 15 and 16, FIG. 17 and 18 may be different as shown in FIG. 13, FIG. 15 and FIG. 17 show the radius and optical phase Φ of each microstructure when f R <f G <f B , f B <f G <f R , f G <f B <f R, respectively. It is a characteristic diagram which shows the relationship with. 14, 16 and 18, the blue light, green light, the focal point of the red light distance f B, f G, diagram for explaining the f R, red light, green light, the focal length f R of the blue light, It is a figure for demonstrating f G , f B , and the figure for demonstrating the focal length f R , f B , f G of red light, blue light, and green light.
Further, if the cross-sectional area of the microstructure when viewed from above satisfies the condition that the cross-sectional area is larger in the order of blue light, green light, and red light, and has the same effect, the cross-section of the microstructure The shape does not have to be rectangular, and for example, the cross-sectional shape may be an ellipse or a polygon.

以上説明した、本実施形態のカラー撮像素子によれば、光透過層10内に第1から第3の微細構造体配列101〜103が積層構造で配置されるために、同一面に配置した場合と比較して、レンズの集光効率を低下させることなく、光透過層内に第1から第3の微細構造体配列101〜103を一体形成により作製できるため製造を容易化することが可能となる。
また、本実施形態のカラー撮像素子によれば、基板や積層膜の有無、またはその厚さや光電変換層の数及び積層順序によらず、第1から第3の微細構造体配列101〜103によって、入射光の各波長域成分が対応する光電変換層で焦点を結び色分離することが可能となる。
According to the color imaging device of the present embodiment described above, since the first to third microstructure arrays 101 to 103 are arranged in a laminated structure in the light transmitting layer 10, they are arranged on the same surface. Compared with Become.
Further, according to the color imaging device of the present embodiment, the first to third microstructure arrangements 101 to 103 are used regardless of the presence or absence of a substrate or a laminated film, the thickness thereof, the number of photoelectric conversion layers, and the stacking order. , Each wavelength range component of the incident light can be focused and color-separated by the corresponding photoelectric conversion layer.

(第2実施形態)
図19は本発明の第2実施形態のカラー撮像素子の一画素の構成を示す模式的断面図である。図20は図19に示したカラー撮像素子の一画素の光透過層、第1の層間絶縁層及び第2の層間絶縁層を示す断面図である。図19及び図20において、図1及び図2と同一構成部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態のカラー撮像素子1Bは、第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102及び第3の微細構造体配列103が光透過層10、第1の層間絶縁層13及び第2の層間絶縁層16にそれぞれ設けられている点を除いて、第1の実施形態のカラー撮像素子1Aと同じ構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of one pixel of the color image sensor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a light transmission layer, a first interlayer insulating layer, and a second interlayer insulating layer of one pixel of the color image sensor shown in FIG. In FIGS. 19 and 20, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In the color imaging device 1B of the present embodiment, the first microstructure array 101, the second microstructure array 102 and the third microstructure array 103 are the light transmission layer 10, the first interlayer insulating layer 13 and It has the same configuration as the color imaging device 1A of the first embodiment except that it is provided on each of the second interlayer insulating layers 16.

本実施形態のカラー撮像素子1Bにおいては、図19に示すように、光透過層10は、第1の光透過膜となる光透過膜100と、光透過膜100内に設けられた第1の微細構造体配列101とを含んでいる。また、第1の層間絶縁層13は、第2の光透過膜となる光透過膜130と、光透過膜130内に設けられた第2の微細構造体配列102とを含んでいる。また、第2の層間絶縁層16は、第3の光透過膜となる光透過膜160と、光透過膜160内に設けられた第3の微細構造体配列103とを含んでいる。
本実施形態では、図19に示すように、第1の微細構造体配列101の青色光の焦点距離は第1実施形態と同一に設定される。第2の微細構造体配列102が第1の層間絶縁層13に含まれるため、第2の微細構造体配列102の緑色光の焦点距離は第1実施形態よりも短く設定される。また、第3の微細構造体配列103が第2の層間絶縁層16に含まれるため、第3の微細構造体配列103の赤色光の焦点距離は第1実施形態よりも短く設定される。
In the color image pickup element 1B of the present embodiment, as shown in FIG. 19, the light transmission layer 10 is a light transmission film 100 serving as a first light transmission film and a first light transmission film 100 provided in the light transmission film 100. Includes the microstructure array 101. Further, the first interlayer insulating layer 13 includes a light transmitting film 130 serving as a second light transmitting film and a second microstructure array 102 provided in the light transmitting film 130. Further, the second interlayer insulating layer 16 includes a light transmitting film 160 serving as a third light transmitting film and a third microstructure arrangement 103 provided in the light transmitting film 160.
In this embodiment, as shown in FIG. 19, the focal length of the blue light of the first microstructure array 101 is set to be the same as that of the first embodiment. Since the second microstructure array 102 is included in the first interlayer insulating layer 13, the focal length of the green light of the second microstructure array 102 is set shorter than that of the first embodiment. Further, since the third microstructure array 103 is included in the second interlayer insulating layer 16, the focal length of the red light of the third microstructure array 103 is set shorter than that of the first embodiment.

第1の微細構造体配列101を構成する複数の第1の微細構造体201の屈折率は光透過膜100の屈折率よりも大きく、第2の微細構造体配列102を構成する複数の第2の微細構造体202の屈折率は光透過膜130の屈折率よりも大きく、第3の微細構造体配列103を構成する複数の第3の微細構造体203の屈折率は光透過膜160の屈折率よりも大きい。 The refractive index of the plurality of first microstructures 201 constituting the first microstructure array 101 is larger than the refractive index of the light transmitting film 100, and the plurality of second components constituting the second microstructure array 102 are formed. The refraction of the microstructure 202 is larger than the refraction of the light transmitting film 130, and the refraction of the plurality of third microstructures 203 constituting the third microstructure arrangement 103 is the refraction of the light transmitting film 160. Greater than the rate.

以上説明した、本実施形態のカラー撮像素子によれば、第1の実施形態と同様に、光透過層10、第1の層間絶縁層13及び第2の層間絶縁層16内に、それぞれ第1の微細構造体配列101、第2の微細構造体配列102及び第3の微細構造体配列103が配置されるために、同一面に配置した場合と比較して、レンズの集光効率を低下させることなく、光透過層10内に第1の微細構造体配列101、第1の層間絶縁層13内に第2の微細構造体配列102、及び第2の層間絶縁層16内に第3の微細構造体配列103をそれぞれ一体形成により作製できるため製造を容易化することが可能となる。
また、本実施形態のカラー撮像素子によれば、基板や積層膜の有無、またはその厚さや光電変換層の数及び積層順序によらず、第1から第3の微細構造体配列101〜103によって、入射光の各波長域成分が対応する光電変換層で焦点を結び色分離することが可能となる。
According to the color imaging device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the light transmission layer 10, the first interlayer insulating layer 13 and the second interlayer insulating layer 16 are each first. Since the microstructure array 101, the second microstructure array 102, and the third microstructure array 103 are arranged, the light collection efficiency of the lens is lowered as compared with the case where they are arranged on the same surface. Without the need for a first microstructure array 101 in the light transmissive layer 10, a second microstructure array 102 in the first interlayer insulating layer 13, and a third microstructure in the second interlayer insulating layer 16. Since the structure array 103 can be manufactured by integral formation, the production can be facilitated.
Further, according to the color imaging device of the present embodiment, the first to third microstructure arrangements 101 to 103 are used regardless of the presence or absence of a substrate or a laminated film, the thickness thereof, the number of photoelectric conversion layers, and the stacking order. , Each wavelength range component of the incident light can be focused and color-separated by the corresponding photoelectric conversion layer.

(第3実施形態)
上述した、第1実施形態又は第2実施形態のカラー撮像素子は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、防犯カメラ等の撮像装置、及び携帯電話機などの撮像機能を有する通信装置などの電子機器に用いることができる。以下、一例として、第1実施形態のカラー撮像素子をデジタルスチルカメラに用いた例について説明する。なお、第1実施形態のカラー撮像素子の替わりに第2実施形態のカラー撮像素子を用いてもよい。
(Third Embodiment)
The color image pickup element of the first embodiment or the second embodiment described above is used for an image pickup device such as a digital still camera, a video camera, a security camera, and an electronic device such as a communication device having an image pickup function such as a mobile phone. Can be done. Hereinafter, as an example, an example in which the color image sensor of the first embodiment is used in a digital still camera will be described. The color image sensor of the second embodiment may be used instead of the color image sensor of the first embodiment.

図21は第1実施形態のカラー撮像素子をデジタルスチルカメラに用いた例を示すブロック図である。
図21に示すように、デジタルスチルカメラは、第1実施形態のカラー撮像素子1A、カラー撮像素子1Aに光を集光する光学系となるレンズ2、画像処理回路3、液晶モニタ4、電子ビューファインダ5、及びメモリカード等の記録媒体6を備えている。
レンズ2を通ってきた被写体の光は、カラー撮像素子1Aによって、画素ごとに電気信号に変換され、画像処理回路3によって、ホワイトバランス処理、デモザイク処理、ガンマ補正処理等の画像処理が行われる。ユーザは、液晶モニタ4及び電子ビューファインダ5を用いて被写体の画像を見ることができる。デジタル画像のデータは記録媒体6に記憶される。なお、デジタルスチルカメラの構成については既に知られているので、詳細な説明を省略する。
FIG. 21 is a block diagram showing an example in which the color image sensor of the first embodiment is used in a digital still camera.
As shown in FIG. 21, the digital still camera includes a color image sensor 1A of the first embodiment, a lens 2 which is an optical system for condensing light on the color image sensor 1A, an image processing circuit 3, a liquid crystal monitor 4, and an electronic view. It includes a finder 5 and a recording medium 6 such as a memory card.
The light of the subject passing through the lens 2 is converted into an electric signal for each pixel by the color image pickup element 1A, and image processing such as white balance processing, demosaic processing, and gamma correction processing is performed by the image processing circuit 3. The user can see the image of the subject by using the liquid crystal monitor 4 and the electronic viewfinder 5. The digital image data is stored in the recording medium 6. Since the configuration of the digital still camera is already known, detailed description thereof will be omitted.

上述した第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。 Although the first embodiment, the second embodiment and the third embodiment described above are preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the gist of the present invention is described. It is possible to carry out in a form with various changes within a range that does not deviate.

例えば、本実施形態のカラー撮像素子が検出する光は、赤色光、緑色光、青色光等の可視光だけでなく、赤外線、紫外線等の光を検出するようにしてもよい。
具体的には、特許文献4(特開2019−102623号公報)は、可視光の3つの波長域の光を検出する3つの光電変換層に加え、近赤外線(波長750〜900nm)を検出する光電変換層を追加する例が記載されており、本実施形態のカラー撮像素子も同様に、近赤外線にも対応したカラー撮像素子とすることができる。このように、近赤外線に対応したカラー撮像素子は防犯カメラのカラー撮像素子として用いることができる。
For example, the light detected by the color image pickup device of the present embodiment may detect not only visible light such as red light, green light, and blue light, but also light such as infrared light and ultraviolet light.
Specifically, Patent Document 4 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-102623) detects near infrared rays (wavelength 750 to 900 nm) in addition to three photoelectric conversion layers that detect light in three wavelength ranges of visible light. An example of adding a photoelectric conversion layer is described, and the color image sensor of the present embodiment can also be a color image sensor compatible with near infrared rays. As described above, the color image sensor corresponding to near infrared rays can be used as the color image sensor of the security camera.

1A、1B カラー撮像素子
10 光透過層
11 第1の光電変換層
12 第1の信号読み出し回路層
13 第1の層間絶縁層
14 第2の光電変換層
15 第2の信号読み出し回路層
16 第2の層間絶縁層
17 第3の光電変換層
18 第3の信号読み出し回路層
19 遮光層
20 絶縁基板
1A, 1B color image sensor 10 Light transmission layer 11 First photoelectric conversion layer 12 First signal readout circuit layer 13 First interlayer insulation layer 14 Second photoelectric conversion layer 15 Second signal readout circuit layer 16 Second Interlayer insulation layer 17 Third photoelectric conversion layer 18 Third signal readout circuit layer 19 Light-shielding layer 20 Insulation substrate

Claims (5)

少なくとも第1の波長域の光、第2の波長域の光及び第3の波長域の光を含む光の入射方向から順に、
少なくとも前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する光透過層と、
前記第1の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第1の信号読み出し回路と、
前記第2の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第3の波長域の光を透過する第2の光電変換層と、
前記第2の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第2の信号読み出し回路と、
前記第3の波長域の光を吸収して光電変換を行う第3の光電変換層と、
前記第3の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第3の信号読み出し回路と、
を備えたカラー撮像素子であって、
前記光透過層は、
光透過膜と、
前記光透過膜内に設けられた、前記第1の波長域の光を前記第1の光電変換層に集光する第1の微細構造体配列、前記第2の波長域の光を前記第2の光電変換層に集光する第2の微細構造体配列、及び前記第3の波長域の光を前記第3の光電変換層に集光する第3の微細構造体配列と、を備え、
前記第1の微細構造体配列を構成する複数の第1の微細構造体、前記第2の微細構造体配列を構成する複数の第2の微細構造体及び前記第3の微細構造体配列を構成する複数の第3の微細構造体の各屈折率は前記光透過膜の屈折率よりも大きい、カラー撮像素子。
In order from the incident direction of the light including at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region.
A light transmitting layer that transmits at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region.
A first photoelectric conversion layer that absorbs light in the first wavelength region to perform photoelectric conversion and transmits light in the second wavelength region and light in the third wavelength region.
A first signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the first photoelectric conversion layer, and
A second photoelectric conversion layer that absorbs light in the second wavelength range to perform photoelectric conversion and transmits light in the third wavelength range.
A second signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the second photoelectric conversion layer, and
A third photoelectric conversion layer that absorbs light in the third wavelength range and performs photoelectric conversion,
A third signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the third photoelectric conversion layer, and
It is a color image sensor equipped with
The light transmitting layer is
Light transmission film and
The first microstructure arrangement provided in the light transmitting film that concentrates the light in the first wavelength region on the first photoelectric conversion layer, and the light in the second wavelength region is the second. A second microstructure array that concentrates light on the photoelectric conversion layer, and a third microstructure array that concentrates light in the third wavelength range on the third photoelectric conversion layer.
A plurality of first microstructures constituting the first microstructure array, a plurality of second microstructures constituting the second microstructure array, and a third microstructure array. A color imaging device in which the refractive index of each of the plurality of third microstructures is larger than the refractive index of the light transmitting film.
少なくとも第1の波長域の光、第2の波長域の光及び第3の波長域の光を含む光の入射方向から順に、
少なくとも前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する光透過層と、
前記第1の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する第1の光電変換層と、
前記第1の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第1の信号読み出し回路と、
少なくとも前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を透過する第1の層間絶縁層と、
前記第2の波長域の光を吸収して光電変換を行い、かつ前記第3の波長域の光を透過する第2の光電変換層と、
前記第2の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第2の信号読み出し回路と、
少なくとも前記第3の波長域の光を透過する第2の層間絶縁層と、
前記第3の波長域の光を吸収して光電変換を行う第3の光電変換層と、
前記第3の光電変換層で発生した信号電荷を読み出す第3の信号読み出し回路と、
を備えたカラー撮像素子であって、
前記光透過層は、第1の光透過膜と、該第1の光透過膜に含まれた、前記第1の波長域の光を前記第1の光電変換層に集光する第1の微細構造体配列と、を有し、
前記第1の層間絶縁層は、第2の光透過膜と、該第2の光透過膜に含まれた、前記第2の波長域の光を前記第2の光電変換層に集光する第2の微細構造体配列と、を有し、
前記第2の層間絶縁層は、第3の光透過膜と、該第3の光透過膜に含まれた、前記第3の波長域の光を前記第3の光電変換層に集光する第3の微細構造体配列と、を有し、
前記第1の微細構造体配列を構成する複数の第1の微細構造体の屈折率は前記第1の光透過膜の屈折率よりも大きく、前記第2の微細構造体配列を構成する複数の第2の微細構造体の屈折率は前記第2の光透過膜の屈折率よりも大きく、前記第3の微細構造体配列を構成する複数の第3の微細構造体の屈折率は前記第3の光透過膜の屈折率よりも大きい、カラー撮像素子。
In order from the incident direction of the light including at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region.
A light transmitting layer that transmits at least the light in the first wavelength region, the light in the second wavelength region, and the light in the third wavelength region.
A first photoelectric conversion layer that absorbs light in the first wavelength region to perform photoelectric conversion and transmits light in the second wavelength region and light in the third wavelength region.
A first signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the first photoelectric conversion layer, and
A first interlayer insulating layer that transmits light in at least the second wavelength region and light in the third wavelength region,
A second photoelectric conversion layer that absorbs light in the second wavelength range to perform photoelectric conversion and transmits light in the third wavelength range.
A second signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the second photoelectric conversion layer, and
A second interlayer insulating layer that transmits light in at least the third wavelength region,
A third photoelectric conversion layer that absorbs light in the third wavelength range and performs photoelectric conversion,
A third signal reading circuit that reads out the signal charge generated in the third photoelectric conversion layer, and
It is a color image sensor equipped with
The light transmitting layer is a first light transmitting film and a first fine particle that condenses light in the first wavelength range contained in the first light transmitting film on the first photoelectric conversion layer. With a structure array,
The first interlayer insulating layer has a second light transmitting film and a second photoelectric conversion layer that collects light in the second wavelength range contained in the second light transmitting film. It has 2 microstructure arrays and
The second interlayer insulating layer is a third light transmitting film and a third photoelectric conversion layer that collects light in the third wavelength range contained in the third light transmitting film. It has 3 microstructure arrays and
The refractive index of the plurality of first microstructures constituting the first microstructure arrangement is larger than the refractive index of the first light transmitting film, and the plurality of constituents of the second microstructure arrangement. The refractive index of the second microstructure is larger than the refractive index of the second light transmitting film, and the refractive index of the plurality of third microstructures constituting the third microstructure arrangement is the third. A color image pickup element that is larger than the refractive index of the light transmissive film.
前記第1の光電変換層、前記第2の光電変換層及び前記第3の光電変換層のそれぞれは、前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光に感度を有する有機材料を含有する、請求項1又は2に記載のカラー撮像素子。 Each of the first photoelectric conversion layer, the second photoelectric conversion layer, and the third photoelectric conversion layer has light in the first wavelength region, light in the second wavelength region, and the third wavelength. The color image sensor according to claim 1 or 2, which contains an organic material having sensitivity to light in the region. 前記第1の微細構造体配列、前記第2の微細構造体配列、及び前記第3の微細構造体配列以外の領域に入射する、少なくとも前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光及び前記第3の波長域の光を含む前記光を遮光する遮光層を、前記光透過層と前記第1の光電変換層との間に備えた、請求項1から3のいずれか1項に記載のカラー撮像素子。 Light in at least the first wavelength range incident on a region other than the first microstructure array, the second microstructure array, and the third microstructure array, the second wavelength range. 1 The color image pickup device according to the section. 請求項1から4のいずれか1項に記載のカラー撮像素子と、該カラー撮像素子に光を入射する光学系と、前記カラー撮像素子から出力される電気信号の画像処理を行う画像処理回路と、を備えた電子機器。 The color image sensor according to any one of claims 1 to 4, an optical system that incidents light on the color image sensor, and an image processing circuit that performs image processing of an electric signal output from the color image sensor. , Equipped with an electronic device.
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