JP2023037557A - 固体撮像素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ナノ構造を含む固体撮像素子を提供する【解決手段】 光電変換素子を有する半導体基板、前記光電変換素子の間に配置された分離構造、前記半導体基板の上に配置され、前記光電変換素子に対応するカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ層、前記カラーフィルタ層の上に配置された有機膜、前記有機膜の上側および下側にそれぞれ配置された上電極および下電極、および前記有機膜の前記上側または前記下側に配置されたナノ構造を含む固体撮像素子。【選択図】 図１

Description

本発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、ナノ構造を含む固体撮像素子に関するものである。
固体撮像素子（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサなど）は、デジタル静止画カメラ、デジタルビデオカメラなどの様々な撮像装置に広く用いられている。固体撮像素子の光検知部は、複数の画素のそれぞれに形成され、信号電荷が光検知部で受光した受光量に応じて発生される。また、光検知部で発生した信号電荷が伝達されて増幅されることにより、画像信号が得られる。
有機光電変換膜は、いくつかの固体撮像素子に形成されることができる。しかしながら、有機光電変換膜の光電変換効率を向上させるには、より厚い有機光電変換膜が必要となる。
ナノ構造を含む固体撮像素子を提供する。
本開示のいくつかの実施形態では、固体撮像素子は、有機膜（例えば、有機光電変換膜）の上側および／または下側に配置されたナノ構造を含み、これは光電変換効率を効果的に向上させ、これにより固体撮像素子の光電変換素子からの画像信号の品質を向上させることができる。
本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、光電変換素子を有する半導体基板を含む。固体撮像素子は、光電変換素子の間に配置された分離構造も含む。固体撮像素子は、半導体基板の上に配置され、光電変換素子に対応するカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ層をさらに含む。さらに、固体撮像素子は、カラーフィルタ層の上に配置された有機膜を含む。固体撮像素子は、有機膜の上側および下側にそれぞれ配置された上電極および下電極も含む。固体撮像素子は、有機膜の上側または下側に配置されたナノ構造をさらに含む。
いくつかの実施形態では、有機膜は有機セグメントを有する。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子は、カラーフィルタセグメントの間に配置されたグリッド構造をさらに含む。
いくつかの実施形態では、グリッド構造の屈折率は、カラーフィルタ層の屈折率より低い。
いくつかの実施形態では、グリッド構造は有機セグメントの間に配置される。
いくつかの実施形態では、グリッド構造の屈折率は、有機膜の屈折率より低い。
いくつかの実施形態では、分離構造はカラーフィルタセグメントの間に配置される。
いくつかの実施形態では、分離構造は、有機セグメントの間にさらに配置される。
いくつかの実施形態では、各有機セグメントのナノ構造の長さは、２００μｍから５００μｍの間である。
いくつかの実施形態では、ナノ構造は、有機膜の内部に配置される。
いくつかの実施形態では、ナノ構造は、上電極の上側に配置される。
いくつかの実施形態では、下電極は、光電変換素子に対応する電極セグメントを有する。
いくつかの実施形態では、電極セグメントの１つは、カラーフィルタセグメントの１つに対応する第１の電極セグメントおよび第２の電極セグメントを含む。
いくつかの実施形態では、第１の電極セグメントの長さは、第２の電極セグメントの長さと異なる。
いくつかの実施形態では、有機膜は有機セグメントを有し、第１の電極セグメントおよび第２の電極セグメントは、有機セグメントの特定の有機セグメントの下側に配置される。
いくつかの実施形態では、特定の有機セグメントのナノ構造の長さは、第１の電極セグメントの長さに対応する。
いくつかの実施形態では、ナノ構造は上電極または下電極の一部である。
いくつかの実施形態では、各ナノ構造は、三角錐、円錐、または四角錐に形成される。
いくつかの実施形態では、ナノ構造は、透明導電材料または金属を含む。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子は、有機膜の上に配置された集光構造を含み、集光構造は、カラーフィルタセグメントに対応するマイクロレンズを含む。
本発明によれば、光電変換効率を効果的に向上させることができる。
図１は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。 図２は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。 図３は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。 図４は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。 図５は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。 図６は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。 図７Ａは、ナノ構造の異なる例である。 図７Ｂは、ナノ構造の異なる例である。 図７Ｃは、ナノ構造の異なる例である。
次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。
追加のステップが、例示された方法の前、間、または後に実施されてもよく、例示された方法のその他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるか、または省略されてもよい。
さらに、「下の方」、「下方」、「下部」、「上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴の、別の（複数の）要素と（複数の）特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。
本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、記載されている値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－５％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－３％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－２％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、記載されている値の＋／－０．５％を意味する。本開示で記載されている値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語の具体的な説明がないとき、記載されている値は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味を含む。
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
本開示は、以下の実施形態において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。
図１は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子１００の一部を示す断面図である。簡略化のため、図１では固体撮像素子１００の一部の構成要素は、省略されていることに留意されたい。
図１に示すように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、半導体基板１０を含む。半導体基板１０は、ウェハまたはチップである。例えば、半導体基板１０はシリコンを含んでもよいが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、半導体基板１０は、複数の光電変換素子を有し、各光電変換素子は、１つの（正常）画素Ｐに対応することができるが、本開示はそれに限定されない。
例えば、半導体基板１０は、図１に示されるように、赤色光を受光するように用いられることができる光電変換素子１１Ｒ、マゼンタ光を受光するように用いられることができる光電変換素子１１Ｍｇ、および青色光を受光するように用いられることができる光電変換素子１１Ｂを有するが、本開示はそれらに限定されない。半導体基板１０は、例えば、緑色光、黄色光、白色光、シアン光、またはＩＲ／ＮＩＲを受光するように用いられることができる他の光電変換素子を有することができ、これらは実際の必要に応じて調整されることができる。
図１に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、光電変換素子の間に配置された分離構造１３を含む。図１に示すように、分離構造１３は、光電変換素子１１Ｒと光電変換素子１１Ｍｇとの間、および光電変換素子１１Ｍｇと光電変換素子１１Ｂとの間に配置されることができる。例えば、分離構造１３は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）またはディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）を含んでもよい。分離構造１３は、エッチングプロセスを用いて半導体基板１０内に形成されて、トレンチを形成し、トレンチに絶縁材料または誘電体材料を充填することができるが、本開示はそれらに限定されない。
図１に示されるように、分離構造１３は、光電変換素子を分離できる。即ち、半導体基板１０内の光電変換素子（ｅ．ｇ．，１１Ｒ、１１Ｍｇ、または１１Ｂ）は、分離構造１５によって互いに分離されてもよいが、本開示はそれに限定されない。
図１に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、半導体基板１０の上に配置されたカラーフィルタ層２０を含む。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ層２０は、光電変換素子に対応するカラーフィルタセグメントを有する（または分割される）。例えば、図１に示されるように、カラーフィルタ層２０は、光電変換素子１１Ｒに対応する赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲと、光電変換素子１１Ｍｇに対応する白色カラーフィルタセグメント２０ＳＷ（図１では、２つの白色カラーフィルタセグメント２０ＳＷおよび２つの光電変換素子１１Ｍｇがある）と、光電変換素子１１Ｂに対応する青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢとを有することができるが、本開示はそれらに限定されない。
いくつかの他の実施形態では、カラーフィルタ層２０は、他のカラーフィルタセグメントを有する（または分割される）。例えば、カラーフィルタ層２０は、緑色カラーフィルタセグメント、黄色カラーフィルタセグメント、白色カラーフィルタセグメント、シアン色カラーフィルタセグメント、マゼンタ色カラーフィルタセグメント、またはＩＲ／ＮＩＲカラーフィルタセグメントを有してもよいが、本開示はそれらに限定されない。
図１に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、カラーフィルタセグメントの間に配置されたグリッド構造３０を含む。例えば、図１に示されるように、グリッド構造３０は、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲと白色カラーフィルタセグメント２０ＳＷの間、および白色カラーフィルタセグメント２０ＳＷと青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢの間に配置され得るが、本開示はそれらに限定されない。グリッド構造３０は、約１．０から約１．９９の範囲の低屈折率を有する透明な誘電体材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、グリッド構造３０の屈折率は、カラーフィルタ層２０の屈折率より低い（赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、白色カラーフィルタセグメント２０ＳＷ、青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢなどを含む）。
グリッド構造３０は、半導体基板１０上に誘電体層を堆積させ、次いでフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを用いて誘電体層をパターン化することによって形成されることができるが、本発明はそれに限定されない。
図１に示すように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、カラーフィルタ層２０の上に配置された有機膜４０を含む。有機膜４０は、有機光電変換膜として用いられることができ、有機膜４０は、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨまたはＰＡＨ）、フタロシアニンなど、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。
図１に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、有機フィルム４０の上側４０Ｕおよび下側４０Ｌにそれぞれ配置された上電極５０Ｕおよび下電極５０Ｌを含む。上電極５０Ｕは有機フィルム４０の上側４０Ｕの面上に、下電極５０Ｌは有機フィルム４０の下側４０Ｌの面上に配置される。上部電極５０Ｕおよび下部電極５０Ｌは、透明導電材料を含み得る。例えば、透明導電材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、スズ酸化物（ＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、インジウム亜鉛スズ酸化物（ＩＴＺＯ）、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）、または酸化インジウムスズ（ＡＺＯ）を含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。図１に示されるように、いくつかの実施形態では、下電極５０Ｌは、光電変換素子（例えば、１１Ｒ、１１Ｍｇ、または１１Ｂ）に対応する電極セグメント５０ＬＳを有する（または分割される）。
上電極５０Ｕおよび下電極５０Ｌは、蒸着プロセスおよび／またはフォトリソグラフィープロセスにより、有機膜４０の上側４０Ｕおよび下側４０Ｌに配置されることができるが、本開示はこれらに限定されない。
図１に示すように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、有機膜４０の上側４０Ｕに配置されたナノ構造６０Ｕと、有機膜４０の下側４０Ｌに配置されたナノ構造６０Ｌとを含む。即ち、ナノ構造（６０Ｕまたは６０Ｌ）は、有機膜４０の内部に配置され、有機膜４０の両側に配置される。いくつかの他の実施形態では、ナノ構造（６０Ｕまたは６０Ｌ）は、有機膜４０の上側４０Ｕおよび／または下側４０Ｌに配置される。即ち、ナノ構造（６０Ｕまたは６０Ｌ）は、有機膜４０の一つ側のみに配置されることができる。
いくつかの実施形態では、ナノ構造６０Ｕおよび６０Ｌは、上電極５０Ｕおよび下電極５０Ｌと同じまたは類似の透明導電材料を含む。いくつかの実施形態では、ナノ構造６０Ｕおよび６０Ｌは、上電極５０Ｕおよび下電極５０Ｌの一部である。例えば、表面粗化処理は、上電極５０Ｕまたは下電極５０Ｌに対して行われ、ナノ構造６０Ｕまたは６０Ｌを形成することができるが、本開示はそれらに限定されない。いくつかの他の実施形態では、ナノ構造６０Ｕおよび６０Ｌは金属を含む。例えば、金属には、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ ）、銅（Ｃｕ）など、それらの合金、またはそれらの組み合わせをふくむことができるが、本開示はそれらに限定されない。
図１に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、有機膜４０上に配置された集光構造７０を含み、入射光を集光することができる。集光構造７０は、ガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。例えば、集光構造７０は、フォトレジストリフロー法、ホットエンボス法、任意の他の適用可能な方法、またはそれらの組み合わせによって形成されることができる。また、集光構造４０を形成するステップは、スピンコーティングプロセス、リソグラフィプロセス、エッチングプロセス、任意の他の適用可能なプロセス、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。
図１に示されるように、いくつかの実施形態では、集光構造７０は、カラーフィルタセグメント（例えば、２０ＳＲ、２０ＳＷ、または２０ＳＢ）に対応するマイクロレンズ７０ｍを含む。換言すれば、マイクロレンズ７０ｍも光電変換素子（例えば、１１Ｒ、１１Ｍｇ、または１１Ｂ）に対応することができるが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ７０ｍは、ｍ×ｎアレイとして形成され、ｍおよびｎは正の整数である。
図１に示された実施形態では、各マイクロレンズ７０ｍは、カラーフィルタセグメントの１つおよび／または１つの光電変換素子に対応するが、本開示はそれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、各マイクロレンズ７０ｍは、少なくとも２つ（即ち、２つ以上）のカラーフィルタセグメントおよび／または少なくとも２つ（即ち、２つ以上）の光電変換素子に対応する。即ち、マイクロレンズ７０ｍの数は、図１に示された実施形態に限定されず、実際の必要に応じて調整されることができる。
マイクロレンズ７０ｍは、半凸レンズまたは凸レンズを含むことができるが、本開示はそれに限定されない。集光構造７０は、マイクロピラミッド構造（例えば、円錐、四角錐など）であってもよく、またはマイクロ台形（ｍｉｃｒｏ－ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ）構造（例えば、平頂円錐、平頂四角錐など）であってもよい。また、集光構造７０は、屈折率勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ－ｉｎｄｅｘ）構造であってもよい。
図２は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０２の一部を例示する断面図である。同様に、簡潔化のため、図２では固体撮像素子１０２の一部の構成要素は、省略されている。
図２に示された固体撮像素子１０２は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有する。図１に示された固体撮像素子１００と主に異なる点は、図２に示された固体撮像素子１０２の有機膜４０が有機セグメント４０Ｓを有する（または分割される）ことである。より詳細には、いくつかの実施形態では、グリッド構造３０は、有機セグメント４０Ｓの間に配置される（複数の有機セグメント４０Ｓの間に配置される）。換言すれば、グリッド構造３０は、カラーフィルタ層２０から有機膜４０に延在する（カラーフィルタ層２０と有機膜４０の積層方向に沿って延在する）ことができ、それにより、有機膜４０は、グリッド構造３０によって有機セグメント４０Ｓに分割され得るが、本開示はそれに限定されない。
いくつかの実施形態では、グリッド構造３０の屈折率は、有機膜４０（または有機セグメント４０Ｓ）の屈折率より低い。図１に示すように。 図２に示されるように、各有機セグメント４０Ｓのナノ構造の長さＮは同じであり得る。いくつかの実施形態では、各有機セグメント４０Ｓのナノ構造の長さＮは、約２００μｍから約５００μｍの間である。
図３は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０４の一部を示す断面図である。同様に、簡潔化のため、図３では固体撮像素子１０４の一部の構成要素は、省略されている。
図３に示された固体撮像素子１０４は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有する。図１に示された固体撮像素子１００と主に異なる点は、図１に示すグリッド構造３０が図３に示す分離構造１３に置き換わり、分離構造１３が、図３に示された固体撮像素子１０４のカラーフィルタセグメント（例えば、２０ＳＲ、２０ＳＷ、および２０ＳＢ）の間に配置されることである。
また、図３に示された固体撮像素子１０４の有機膜４０は有機セグメント４０Ｓを有する（または分割される）。いくつかの実施形態では、分離構造１３は有機セグメント４０Ｓの間に配置される。換言すれば、分離構造１３は、基板１０からカラーフィルタ層２０および有機膜４０に延在する（カラーフィルタ層２０と有機膜４０の積層方向に沿って延在する）ことができ、それにより、カラーフィルタ層２０は、分離構造１３によってカラーフィルタセグメント（例えば、２０ＳＲ、２０ＳＷ、または２０ＳＢ）に分割され得るが、本開示はそれに限定されない。
図４は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０６の一部を示す断面図である。同様に、簡潔化のため、図４では固体撮像素子１０６の一部の構成要素は、省略されている。
図４に示された固体撮像素子１０６は、図２に示された固体撮像素子１０２と同様の構造を有する。図２に示された固体撮像素子１００と主に異なる点は、図４に示された固体撮像素子１０６のナノ構造６０Ｕが上電極５０の上側５０ＵＴに配置されることである。換言すれば、いくつかのナノ構造（例えば、６０Ｕ）は、有機膜４０の外側に配置されることができ、つまりナノ構造６０Ｕが上電極５０の上側５０ＵＴの表面上に配置される。
図５は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０８の一部を示す断面図である。同様に、簡潔化のため、図５では固体撮像素子１０８の一部の構成要素は、省略されている。
図５に示された固体撮像素子１０８は、図２に示された固体撮像素子１０２と同様の構造を有する。図２に示された固体撮像素子１０２と主に異なる点は、図５に示された固体撮像素子１０８の下電極５０Ｌの１つの電極セグメント５０ＬＳが第１の電極セグメント５０ＬＳ１および第２の電極セグメント５０ＬＳ２を含む（または分割される）ことである。
図５に示された実施形態では、第１の電極セグメント５０ＬＳ１および第２の電極セグメント５０ＬＳ２は、白色カラーフィルタセグメント２０ＳＷに対応するが、本開示はそれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、第１の電極セグメント５０ＬＳ１および第２の電極セグメント５０ＬＳ２は、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢ、または任意の他のカラーフィルタセグメントに対応する。さらに、第１の電極セグメント５０ＬＳ１および第２の電極セグメント５０ＬＳ２を含む（または分割される）下電極５０Ｌの1つ以上の電極セグメント５０ＬＳを有してもよい。いくつかの実施形態では、第１の電極セグメント５０ＬＳ１および第２の電極セグメント５０ＬＳ２、ならびに対応する光電変換素子１１Ｍｇが１つの位相検出オートフォーカス（ＰＤＡＦ）画素（図５ではＰＤＡＦとラベル付けされる）に対応するように用いられることができる。
図５に示されるように、いくつかの実施形態では、第１の電極セグメント５０ＬＳ１および第２の電極セグメント５０ＬＳ２は、有機セグメント４０Ｓ１の下側４０Ｌに配置される。つまり、第２の電極セグメント５０ＬＳ２は、有機セグメント４０Ｓ１の下側４０Ｌの表面上に配置される。図５に示された実施形態では、第１の電極セグメント５０ＬＳ１の長さＥ１は、第２の電極セグメント５０ＬＳ２の長さＥ２と等しい。なお、長さＥ１及びＥ２は、第１有機セグメント４０Ｓ１及び第２有機セグメント４０Ｓ２の積層面に沿う方向（図５のＸ軸に沿う方向）の長さである。さらに、いくつかの実施形態では、有機セグメント４０Ｓ１のナノ構造６０Ｕまたは６０Ｌの長さＮ１は、第１の電極セグメント５０ＬＳ１の長さＥ１に対応する。例えば、有機セグメント４０Ｓ１のナノ構造６０Ｕまたは６０Ｌの長さＮ１は、第１の電極セグメント５０ＬＳ１の長さＥ１と等しくてもよいが、本開示はそれに限定されない。
図６は、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子の一部を示す断面図である。同様に、簡潔化のため、図６では固体撮像素子１１０の一部の構成要素は、省略されている。
図６に示された固体撮像素子１１０は、図５に示された固体撮像素子１０８と同様の構造を有する。図５に示された固体撮像素子１０８と主に異なる点は、第１の電極セグメント５０ＬＳ１’の長さＥ１’が図６に示された固体撮像素子１１０の第２の電極セグメント５０ＬＳ２’の長さＥ２’と異なることである。より詳細には、第１の電極セグメント５０ＬＳ１’の長さＥ１’は、第２の電極セグメント５０ＬＳ２’の長さＥ２’より長くてもよいが、本開示はそれに限定されない。同様に、いくつかの実施形態では、有機セグメント４０Ｓ１のナノ構造６０Ｕまたは６０Ｌの長さＮ１’は、第１の電極セグメント５０ＬＳ１’の長さＥ１’に対応する。例えば、有機セグメント４０Ｓ１のナノ構造６０Ｕまたは６０Ｌの長さＮ１’は、第１の電極セグメント５０ＬＳ１’の長さＥ１’に等しくてもよいが、本開示はそれに限定されない。
図７Ａ、図７Ａ、および図７Ｃは、ナノ構造６０Ｌの異なる例である。ナノ構造６０Ｕは、ナノ構造６０Ｌと同じまたは類似の形状を有し得ることに留意されたい。図７Ａに示されるように、各ナノ構造６０Ｌ（または６０Ｕ）は、四角錐に形成されている。図７Ｂに示されるように、各ナノ構造６０Ｌ（または６０Ｕ）は円錐形に形成されている。図７Ｃに示されるように、各ナノ構造６０Ｌ（または６０Ｕ）は三角錐に形成されている。なお、各ナノ構造６０Ｌ（または６０Ｕ）の形状は、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃに示された例に限定されず、実際の必要に応じて調整されることができる。
要約すると、本開示のいくつかの実施形態による固体撮像素子は、有機膜（例えば、有機光電変換膜）の上側および／または下側に配置されたナノ構造を含み、これは光電変換効率を効果的に向上させ、これにより固体撮像素子の光電変換素子からの画像信号の品質を向上させることができる。
上述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は請求項を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。
本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の用語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の用語の議論は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。
さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせることとしてもよい。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。
１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０ 固体撮像素子
１０ 半導体基板
１１Ｒ、１１Ｍｇ、１１Ｂ 光電変換素子
１３ 分離構造
２０ カラーフィルタ層
２０ＳＢ 青色カラーフィルタセグメント
２０ＳＲ 赤色カラーフィルタセグメント
２０ＳＷ 白色カラーフィルタセグメント
３０ グリッド構造
４０ 有機膜
４０Ｌ 下側
４０Ｓ 有機セグメント
４０Ｓ１ 有機セグメント
４０Ｕ 上側
５０Ｌ 下電極
５０ＬＳ 電極セグメント
５０ＬＳ１、５０ＬＳ１’ 第１の電極セグメント
５０ＬＳ２、５０ＬＳ２’ 第２の電極セグメント
５０Ｕ 上電極
５０ＵＴ 上側
６０Ｕ、６０Ｌ ナノ構造
７０ 集光構造
７０ｍ マイクロレンズ
Ｅ１、Ｅ１’ 第１の電極セグメントの長さ
Ｅ２、Ｅ２’ 第２の電極セグメントの長さ
Ｎ、Ｎ１、Ｎ１’ ナノ構造の長さ
Ｐ 画素
ＰＤＡＦ 位相検出オートフォーカス
Ｘ、Ｚ 座標軸

Claims (12)

  1. 光電変換素子を有する半導体基板、
    前記光電変換素子の間に配置された分離構造、
    前記半導体基板の上に配置され、前記光電変換素子に対応するカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ層、
    前記カラーフィルタ層の上に配置された有機膜、
    前記有機膜の上側および下側にそれぞれ配置された上電極および下電極、および
    前記有機膜の前記上側または前記下側に配置されたナノ構造を含む固体撮像素子。
  2. 前記カラーフィルタセグメントの間に配置されたグリッド構造をさらに含み、
    前記グリッド構造の屈折率は、前記カラーフィルタ層の屈折率より低い請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記有機膜は有機セグメントを有し、前記グリッド構造は前記有機セグメントの間に配置され、前記グリッド構造の屈折率は、前記有機膜の屈折率より低い請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記有機膜は有機セグメントを有し、前記分離構造は前記カラーフィルタセグメントの間に配置され、前記分離構造は前記有機セグメントの間に配置される請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
  5. 前記有機膜は有機セグメントを有し、前記各有機セグメントのナノ構造の長さは、２００μｍから５００μｍの間である請求項１～４のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  6. 前記ナノ構造は、前記有機膜の内部に配置される請求項１～５のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  7. 前記ナノ構造は、前記上電極の上側に配置される請求項１～５のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  8. 前記下電極は、前記光電変換素子に対応する電極セグメントを有し、前記電極セグメントの１つは、前記カラーフィルタセグメントの１つに対応する第１の電極セグメントおよび第２の電極セグメントを含み、前記第１の電極セグメントの長さは、前記第２の電極セグメントの長さと異なる請求項１～７いずれか一項に記載の固体撮像素子。
  9. 前記有機膜は有機セグメントを有し、前記第１の電極セグメントおよび前記第２の電極セグメントは、前記有機セグメントの特定の有機セグメントの下側に配置され、前記特定の有機セグメントの前記ナノ構造の長さは、前記第１の電極セグメントの長さに対応する請求項８に記載の固体撮像素子。
  10. 前記ナノ構造は前記上電極または前記下電極の一部である請求項１～９のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  11. 各前記ナノ構造は、三角錐、円錐、または四角錐に形成され、前記ナノ構造は、透明導電材料または金属を含む請求項１～１０のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  12. 前記有機膜の上に配置された集光構造を含み、前記集光構造は、前記カラーフィルタセグメントに対応するマイクロレンズを含む請求項１～１１のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
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