JP2023160709A - 固体撮像素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 カラーフィルタ層に配置された光分割構造を含む固体撮像素子を提供する。【解決手段】 光電変換素子と、前記光電変換素子の上方に配置されたカラーフィルタ層とを含み、前記カラーフィルタ層は第１のカラーフィルタセグメントおよび前記第１のカラーフィルタセグメントに隣接した第２のカラーフィルタセグメントを有し、前記第１のカラーフィルタセグメントおよび前記第２のカラーフィルタセグメントは、異なる色に対応し、前記第１のカラーフィルタセグメントまたは前記第２のカラーフィルタセグメントに配置された光分割構造、および、前記第１のカラーフィルタセグメントと前記第２のカラーフィルタセグメントとの間に配置されたグリッド構造を含み、前記光分割構造がグリッド構造から分離された、固体撮像素子。【選択図】 図２

Description

本発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、カラーフィルタ層に配置された光分割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、各画素に形成され、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。
従来のマルチＰＤ（即ち、２つ、４つ、またはそれ以上のフォトダイオードに対応する１つのマイクロレンズ）固体撮像素子では、長波長の光が固体撮像素子に入射した後、分離構造（例えば、ディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ））に集光される可能性があり、これは強い散乱を引き起こし、クロストークを生じる可能性がある。従って、固体撮像素子の設計と製造には、依然としてさまざまな課題がある。
カラーフィルタ層に配置された光分割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、カラーフィルタ層（のカラーフィルタセグメント）に配置された光分割構造を含み、散乱およびクロストークを効果的に低減し、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れば、固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、複数の光電変換素子および光電変換素子の上方に配置されたカラーフィルタ層を含む。カラーフィルタ層は、第１のカラーフィルタセグメントおよび第１のカラーフィルタセグメントに隣接した第２のカラーフィルタセグメントを有する。第１のカラーフィルタセグメントおよび第２のカラーフィルタセグメントは、異なる色に対応する。固体撮像素子は、第１のカラーフィルタセグメントまたは第２のカラーフィルタセグメントに配置された光分割構造、および、第１のカラーフィルタセグメントと第２のカラーフィルタセグメントとの間に配置されたグリッド構造をさらに含む。光分割構造はグリッド構造から分離されている。
いくつかの実施形態では、複数の光電変換素子は、複数の第１の光電変換素子と複数の第２の光電変換素子に分割される。第１のカラーフィルタセグメントは、第１の光電変換素子に対応し、第２のカラーフィルタセグメントは、第２の光電変換素子に対応する。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子は、光電変換素子同士の間に配置され、複数の第１の分離セグメントおよび複数の第２の分離セグメントを有する分離構造を含む。第１の分離セグメントは、第１の光電変換素子と第２の光電変換素子との間に配置され、第２の分離セグメントは、第１の光電変換素子同士の間、および第２の光電変換素子同士の間に配置される。グリッド構造は第１の分離セグメントに対応し、光分割構造は少なくとも１つの第２の分離セグメントに対応する。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子の上面図からでは、光分割構造は、対応する第２の分離セグメントと重なっている。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子の上面図からでは、光分割構造の外形が十字形であるとき、光分割構造は、０～４５度で対応する第２の分離セグメントからオフセットされる。
いくつかの実施形態では、グリッド構造は、第１の分離セグメントに対して第１のシフトを有し、光分割構造は、対応する第２の分離セグメントに対して第２のシフトを有する。
いくつかの実施形態では、第１のシフトは第２のシフトと異なる。
いくつかの実施形態では、光分割構造の高さは、グリッド構造の高さ以下である。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子の上面図からでは、光分割構造の外形は、円形、正方形、長方形、または、十字形である。
いくつかの実施形態では、光分割構造の幅は、５０ｎｍ～２００ｎｍの間である。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ層の高さに対する光分割構造の高さの比は、０．３～０．９の間である。
いくつかの実施形態では、光分割構造の屈折率は、１～１．４５の間である。
いくつかの実施形態では、光分割構造は、第１のカラーフィルタセグメントまたは第２のカラーフィルタセグメントの中心に配置された第１の部分、および第１のカラーフィルタセグメントまたは第２のカラーフィルタセグメントの少なくとも１つの角の近くに配置された第２の部分を有する。
いくつかの実施形態では、光分割構造は、２つの光電変換素子または４つの光電変換素子に対応する。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子は、光分割構造の底部に配置されたインナーピラーを含む。インナーピラーは、非透過性材料を含む。
いくつかの実施形態では、インナーピラーの幅は５０ｎｍ～１００ｎｍの間であり、インナーピラーの高さは１５０ｎｍ未満である。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子は、光分割構造の底部に配置された補助光分割構造をさらに含む。
いくつかの実施形態では、補助光分割構造は、グリッド構造の下部にさらに配置される。
いくつかの実施形態では、補助光分割構造は、光分割構造と異なる少なくとも１つの材料を含み、補助光分割構造の屈折率は、１～１．６５の間である。
いくつかの実施形態では、補助光分割構造の幅は、光分割構造の幅以上であり、補助光分割構造の高さは、５０ｎｍ～３５０ｎｍの間である。
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。業界の標準的な慣行に従って、さまざまな特徴が縮尺どおりに描かれていない。実際、さまざまな特徴の寸法は、説明を明確にするために、任意に拡大または縮小されている。
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上面図である。 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例示し得る断面図である。 図３は、入射光のエネルギー場分布の概略図である。 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上面図である。 図５は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図６は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図７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上面図である。 図８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例示し得る断面図である。 図９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上面図である。 図１０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例示し得る断面図である。 図１１は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図１２は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を例示し得る断面図である。 図１３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上面図である。 図１４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例示し得る断面図である。 図１５は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図１６は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を例示し得る断面図である。 図１７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例示し得る断面図である。 図１８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上面図である。 図１９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例示し得る断面図である。 図２０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上面図である。 図２１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例示し得る断面図である。 図２２は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２３Ａは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２３Ｂは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２３Ｃは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２３Ｄは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２３Ｅは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２３Ｆは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子の一部を示す上面図である。 図２４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上面図である。 図２５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例示し得る断面図である。 図２６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上面図である。 図２７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例示し得る断面図である。 図２８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上面図である。 図２９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例示し得る断面図である。 図３０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上面図である。 図３１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例示し得る断面図である。
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」、または、「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参照用符号および／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の一部を示す上面図である。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１００の一部を示し得る断面図ＣＳ１である。例えば、図２は、図１の線Ａ-Ａ’に沿った固体撮像素子１００の一部の断面図であり得る。固体撮像素子１００のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図１および図２では省略されていることに留意されたい。
図２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ってもよい。例えば、半導体基板１０はシリコーンを含み得るが、本開示はそれに限定されない。
いくつかの実施形態では、半導体基板１０は、図２に示されるように、光電変換素子１１Ｂおよび光電変換素子１１Ｒなどの複数の光電変換素子１１を有する。光電変換素子１１は、異なる色の光を受光するように用いられる。例えば、光電変換素子１１Ｂは青色光を受光するように用いられることができ、光電変換素子１１Ｒは赤色光を受光するように用いられることができるが、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、黄色、白色、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してもよく、実際の必要に応じて調整されることができる。
図２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１１の間に配置された分離構造１３を含む。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）を含むことができる。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に形成されてトレンチを形成し、トレンチを絶縁材料または誘電体材料で充填することができるが、本開示はそれに限定されない。
図２の断面図ＣＳ１に示されるように、いくつかの実施形態では、分離構造１３は、第１の分離セグメント１３Ｓ１および第２の分離セグメント１３Ｓ２を有し（または分割され）、第１の分離セグメント１３Ｓ１は、光電変換素子１１Ｂと光電変換素子１１Ｒとの間に配置され、第２の分離セグメント１３Ｓ２は、光電変換素子１１Ｂと光電変換素子１１Ｒとの間に配置される。言い換えれば、第１の分離セグメント１３Ｓ１は、異なる色の光を受光する光電変換素子１１を分離するように用いられることができ、第２の分離セグメント１３Ｓ２は、同じ色の光を受光する光電変換素子１１を分離するように用いられることができる。図１の上面図では、第１の分離セグメント１３Ｓ１および第２の分離セグメント１３Ｓ２は、破線として図示されていることに留意されたい。
図１および図２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、光電変換素子１１（半導体基板１０）の上方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、光電変換要素１１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２に示されたように、カラーフィルタ層２０は、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、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を有することができる。また、図１に示されたように、カラーフィルタ層２０は、もう１つの光電変換素子に対応する緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ（図１に示された２つの緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧがある）を有することができるが、本開示はそれに限定されない。
いくつかの他の実施形態では、カラーフィルタ層２０は、もう１つのカラーフィルタセグメントを有する（または分割（ｄｉｖｉｄｅｄ）される）。例えば、カラーフィルタ層２０は、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、シアンカラーフィルタセグメント、マゼンタ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および図２に示されたように、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間に配置されたグリッド構造３０を含む。例えば、図１（および図２）に示されるように、グリッド構造３０は、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧと赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲとの間、および、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧと青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢとの間に配置されることができるが、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～約１．９９の範囲の低屈折率を有する透明誘電体材料を含むことができる。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（赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢなどを含む）の屈折率より低い。
グリッド構造３０は、半導体基板１０上に誘電体層を堆積し、次いで、フォトリソグラフィー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、本開示はそれに限定されない。図２に示されたように、いくつかの実施形態では、グリッド構造３０は、第１の分離セグメント１３Ｓ１に対応する。例えば、グリッド構造３０の中心軸Ｃ３０は、図２に示されたように、第１の分離セグメント１３Ｓ１の中心軸Ｃ１３Ｓ１と重なることができる。さらに、グリッド構造３０は、第１の分離セグメント１３Ｓ１と一列に整列されることができるが、本開示はそれに限定されない。
図１および図２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、少なくとも１つのカラーフィルタセグメントに配置された光分割構造４０を含む。例えば、図１および図２に示されたように、光分割構造４０は、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、および青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢに配置されることができるが、本開示はそれに限定されない。
光分割構造４０の材料および製造方法は、これらのグリッド構造３０と同一または類似していてもよい。言い換えれば、光分割構造４０は、透明誘電体材料を含み得るが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、光分割構造４０の屈折率は、約１～約１．４５の間である。
図１および図２に示されたように、いくつかの実施形態では、光分割構造４０は、グリッド構造３０から分離されている。さらに、いくつかの実施形態では、光分割構造４０は、少なくとも１つの第２の分離セグメント１３Ｓ２に対応する。例えば、光分割構造４０の中心軸Ｃ４０は、図２に示されたように、対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２の中心軸Ｃ１３Ｓ２と重なることができるが、本開示はそれに限定されない。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００の上面図（例えば、図１）からは、光分割構造４０の外形は正方形であるが、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、光分割構造４０の外形は、円形、長方形、十字形、または任意の他の適切な形状である。さらに、いくつかの実施形態では、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、約５０ｎｍ～約２００ｎｍの間である。ここでは、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、光分割構造４０の平行な２辺の最短距離として定義される。固体撮像素子１００（図１に示されている）を例としてとると、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、正方形の辺の長さとして定義される。
図２に示されるように、いくつかの実施形態では、カラーフィルタ層２０の高さＨ２０は、グリッド構造３０の高さＨ３０と等しい。さらに、いくつかの実施形態では、光分割構造４０の高さＨ４０は、カラーフィルタ層２０の高さＨ２０より低い。いくつかの実施形態では、カラーフィルタ層２０の高さＨ２０に対する光分割構造４０の高さＨ４０の比（即ち、Ｈ４０／Ｈ２０）は、約０．３～約０．９の間である。
本開示の実施形態では、カラーフィルタ層２０（のカラーフィルタセグメント）に配置された光分割構造４０は、散乱およびクロストークを効果的に低減するため、固体撮像素子１００の光電変換素子１１からの画像信号の品質を向上させることができる。カラーフィルタ層２０の高さＨ２０に対する光分割構造４０の高さＨ４０の比（即ち、Ｈ４０／Ｈ２０）が０．３以下である場合、光分割構造４０は、散乱およびクロストークを低減しない可能性がある。カラーフィルタ層２０の高さＨ２０に対する光分割構造４０の高さＨ４０の比（即ち、Ｈ４０／Ｈ２０）が０．９以下である場合、クロストークがカラーフィルタ層２０で発生する可能性がある。
図１に示された実施形態では、光分割構造４０は、全てのカラーフィルタセグメント（例えば、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、および青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢ）に配置されているが、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、光分割構造４０は、特定のカラーフィルタセグメント（例えば、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ）にのみ配置される。図１に示されるように、各分割構造４０は４つの光電変換素子１１に対応し、４つの光電変換素子１１は２×２配列を形成するが、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、光分割構造４０は、２つの光電変換素子１１に対応する。
図１および図２に示されるように、固体撮像素子１００は、グリッド構造３０の底部に配置された遮光層３２を含む。遮光層３２は、金属を含むことができ、金属グリッド構造と呼ばれることができる。例えば、金属は、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含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。
図２に示されるように、固体撮像素子１００は、カラーフィルタ層２０の上に配置された集光構造５０を含む。集光構造５０は、ガラス、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、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５０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。さらに、集光構造５０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、本開示はそれに限定されない。
図２に示されるように、いくつかの実施形態では、各集光構造５０は、１つのカラーフィルタセグメント（例えば、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、または青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢ）に対応する。同様に、いくつかの実施形態（例えば、図１に示された実施形態）では、各集光構造５０は４つの光電変換素子１１に対応し、４つの光電変換素子１１は２×２配列（二次フォトダイオード（ＱＰＤ）と呼ばれることもできる）を形成するが、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、各集光構造５０は、２つの光電変換素子１１（デュアルフォトダイオード（ＤＰＤ）と呼ばれることもできる）に対応する。
集光構造５０は、マイクロレンズであることができる。例えば、マイクロレンズは、半凸レンズまたは凸レンズを含むことができるが、本開示はこれらに限定されない。集光構造５０は、マイクロピラミッド構造（例えば、円錐、四角錐など）、またはマイクロ台形構造（例えば、円錐台、四角錐台など）であってもよい。あるいは、集光構造５０は、屈折率勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ－ｉｎｄｅｘ）構造であってもよい。
図３は、入射光Ｌのエネルギー場分布の概略図である。図３に示されるように、入射光Ｌが固体撮像素子１００に入射し（集光構造５０を通過して）、光分割構造４０に接触したとき、光Ｌ１と光Ｌ２に分割（分割（ｄｉｖｉｄｅｄ））されることができる。光分割構造４０は、低屈折率（例えば、約１～約１．４５の間）を有する透明誘電体材料を含むため、入射光Ｌは、低いエネルギー損失でのみ分割され、光分割構造４０の中心近くの入射光Ｌのエネルギー場は、図３に示されるようにエバネッセント波を生じ得る。
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１０２の一部を示す上面図である。図５は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１０４の一部を示す上面図である。図６は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１０６の一部を示す上面図である。例えば、図４に示された固体撮像素子１０２、図５に示された固体撮像素子１０４、および図６に示された固体撮像素子１０６は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の断面形状を有することができる。
言い換えれば、図２は、図４の線Ｂ-Ｂ’に沿った固体撮像素子１０２の一部、図５の線Ｃ-Ｃ’に沿った固体撮像素子１０４の一部、または図６の線Ｄ-Ｄ’に沿った固体撮像素子１０６の一部の断面図であってもよい。同様に、固体撮像素子１０２、固体撮像素子１０４、固体撮像素子１０６のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図４～図６では省略されている。
図４に示すように、固体撮像素子１０２は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有している。図１に示された固体撮像素子１００との主な違いは、各光分割構造４０が２つの光電変換素子１１に対応し、２つの光電変換素子１１が１×２（または２×１）配列を形成していることである。さらに、各集光構造５０（図４には示されていない）は、２つの光電変換素子１１（デュアルフォトダイオード（ＤＰＤ）と呼ばれることができる）に対応する。
図５に示すように、固体撮像素子１０４は、図４に示された固体撮像素子１０２と同様の構造を有している。図４に示された固体撮像素子１０２との主な違いは、固体撮像素子１０４の上面図（例えば、図５）からでは、光分割構造４０の外形が長方形であることである。さらに、いくつかの実施形態では、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、約５０ｎｍ～約２００ｎｍの間である。固体撮像素子１０４（図５に示されている）を例としてとると、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、長方形の短辺の長さとして定義される。
図６に示すように、固体撮像素子１０６は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有している。図１に示された固体撮像素子１００との主な違いは、固体撮像素子１０６の上面図（例えば、図６）からでは、光分割構造４０の外形は十字形であることである。即ち、固体撮像素子１０６の上面図（例えば、図６）からでは、光分割構造４０の外形は、２つの交差する長方形によって形成されることができる。さらに、いくつかの実施形態では、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、約５０ｎｍ～約２００ｎｍの間である。固体撮像素子１０６（図６に示されている）を例としてとると、光分割構造４０の幅Ｗ４０は、各長方形の短辺の長さとして定義される。
図７は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１０８の一部を示す上面図である。図８は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１０８の一部を示すことができる断面図ＣＳ２である。例えば、図８は、図７の線Ｅ-Ｅ’に沿った固体撮像素子１０８の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１０８のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図７および図８では省略されていることに留意されたい。
図７および図８に示すように、固体撮像素子１０８は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有している。図１に示された固体撮像素子１００との主な違いは、固体撮像素子１０８が光分割構造４０の底部に配置されたインナーピラー（ｉｎｎｅｒ ｐｉｌｌａｒ）４５をさらに含むことである。いくつかの実施形態では、インナーピラー４５の数は、光分割構造４０の数と同じであるため、図７の対応する光分割構造４０の底部に配置された４つのインナーピラー４５があるが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、インナーピラー４５の数は、光分割構造４０の数と異なり（少ない）、実際の必要に応じて調整されることができる。
いくつかの実施形態では、インナーピラー４５は、不透明な材料を含む。インナーピラー４５の透過率は約５０％以下であってもよいが、本開示はそれに限定されない。光分割構造４０の底部に配置されたインナーピラー４５は、散乱およびクロストークをさらに低減させることができる。インナーピラー４５は、遮光層３２と同一の材料または類似のものを含むことができ、同じプロセスによって遮光層３２と同時に形成されることができるが、本開示はそれに限定されない。
例えば、インナーピラー４５は、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属を含み得るが、本開示はそれらに限定されない。あるいは、インナーピラー４５は、フォトレジスト（例えば、黒色フォトレジスト、または透明でない任意の他の適用可能なフォトレジスト）、インク（例えば、黒色インク、または透明でない任意の他の適用可能なインク）、成形コンパウンド（ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）（例えば、黒色成形コンパウンド、または透明ではない任意の他の適用可能な成形コンパウンド）、はんだマスク（例えば、黒色はんだマスク、または透明でない任意の他の適用可能なはんだマスク）、（黒色）エポキシポリマー、任意の他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含み得る。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１０８の上面図（例えば、図７）からでは、インナーピラー４５の外形は正方形であるが、本開示は、それに限定されない。さらに、いくつかの実施形態では、インナーピラー４５の幅Ｗ４５は、約５０ｎｍ～約１００ｎｍの間である。ここでは、インナーピラー４５の幅Ｗ４５は、インナーピラー４５の平行な２辺の最短距離として定義される。固体撮像素子１０８（図７に示されている）を例としてとると、インナーピラー４５の幅Ｗ４５は、正方形の辺の長さとして定義される。
図８に示されるように、いくつかの実施形態では、インナーピラー４５の高さＨ４５は、遮光層３２の高さＨ３２と等しいが、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、インナーピラー４５の高さＨ４５は、遮光層３２の高さＨ３２より低い。さらに、いくつかの実施形態では、インナーピラー４５の高さＨ４５は１５０ｎｍ未満である。
図９は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１０の一部を示す上面図である。図１０は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１０の一部を例示し得る断面図ＣＳ３である。例えば、図１０は、図９の線Ｆ-Ｆ’に沿った固体撮像素子１１０の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１１０のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図９および図１０では省略されていることに留意されたい。
図９および図１０に示すように、固体撮像素子１１０は、図６に示された固体撮像素子１０６と同様の構造を有している。即ち、固体撮像素子１１０の上面図（例えば、図９）からでは、光分割構造４０の外形は十字形である。図６に示された固体撮像素子１０６との主な違いは、固体撮像素子１１０の上面図（例えば、図９）からでは、光分割構造４０は、約４５度で対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２からオフセットされている。言い換えれば、固体撮像素子１１０の上面図（例えば、図９）からでは、光分割構造４０と対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２との間の夾角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）θは約４５度であるが、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、固体撮像素子１１０の上面図からでは、光分割構造４０は、０～約４５度で対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２からオフセットされている。
図１１は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１１０’の一部を示す上面図である。図１２は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１１０’の一部を例示し得る断面図ＣＳ３’である。例えば、図１２は、図１１の線Ｆ-Ｆ’に沿った固体撮像素子１１０’の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１１０’のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図１１および図１２では省略されていることに留意されたい。
図１１および図１２に示すように、固体撮像素子１１０’は、図９に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有している。図９に示された固体撮像素子１１０との主な違いは、固体撮像素子１１０’が光分割構造４０の底部に配置されたインナーピラー４５をさらに含むことである。さらに、図１１に示されたように固体撮像素子１１０’の上面図からでは、インナーピラー４５は、光分割構造４０の中心に配置されている。この実施形態では、インナーピラー４５の数は、光分割構造４０の数と同じであるため、図１１の対応する光分割構造４０の底部に配置された４つのインナーピラー４５があるが、本開示はそれに限定されない。
図１３は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１１２の一部を示す上面図である。図１４は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１２の一部を例示し得る断面図ＣＳ４である。
例えば、図１４は、図１３の線Ｇ-Ｇ’に沿った固体撮像素子１１２の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１１２のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図１３および図１４では省略されていることに留意されたい。
図１３および図１４に示すように、固体撮像素子１１２は、図１に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有している。図１に示された固体撮像素子１００との主な違いは、固体撮像素子１１２の光分割構造４０が第１の部分４１と第２の部分４２を有していることである。図１３および図１４に示されるように、第１の部分４１は、カラーフィルタセグメント（例えば、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、または青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢ）の中心に配置され、第２の部分４２は、カラーフィルタセグメントの少なくとも１つの角の近くに配置されている。例えば、図１３に示されるように、各カラーフィルタセグメントの４つの角の近くに配置された４つの第２の部分４２があるが、本開示はそれに限定されない。第２の部分４２の数およびこれらの第２の部分４２の位置は、実際の必要に応じて調整されることができる。
図１５は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１１２’の一部を示す上面図である。図１６は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１１２’の一部を例示し得る断面図ＣＳ４’である。例えば、図１６は、図１５の線Ｇ-Ｇ’に沿った固体撮像素子１１２’の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１１２’のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図１５および図１６では省略されていることに留意されたい。
図１５および図１６に示すように、固体撮像素子１１２’は、図１３に示された固体撮像素子１１２と同様の構造を有している。図１３に示された固体撮像素子１１２との主な違いは、固体撮像素子１１２’が光分割構造４０の底部に配置されたインナーピラー４５をさらに含むことである。より詳細には、インナーピラー４５は、光分割構造４０の第１の部分４１の底部に配置されている。さらに、図１５に示されたように固体撮像素子１１２’の上面図からでは、インナーピラー４５は、光分割構造４０の第１の部分４１の中心に配置されている。この実施形態では、インナーピラー４５の数は、光分割構造４０の第１の部分４１の数と同じであるため、図１５の対応する第１の部分４１の底部に配置された４つのインナーピラー４５があるが、本開示はそれに限定されない。
前述の実施形態では、カラーフィルタ層２０の高さＨ２０は、グリッド構造３０の高さＨ３０と等しく、光分割構造４０の高さＨ４０は、カラーフィルタ層２０の高さＨ２０（またはグリッド構造３０の高さＨ３０）より低いが、本開示はそれに限定されない。図１７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例示し得る断面図ＣＳ５である。例えば、図１７に示された断面図ＣＳ５は、図２に示された断面図ＣＳ１を固体撮像素子１００、１０２、１０４、または１０６の断面図として置き換えることができるが、本開示はそれに限定されない。
図１７に示す実施形態では、光分割構造４０の高さＨ４０は、グリッド構造３０の高さＨ３０と等しく、光分割構造４０の高さＨ４０（またはグリッド構造３０の高さＨ３０）は、カラーフィルタ層２０の高さＨ２０よりも低い。しかし、本開示はそれに限定されない。
図１８は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１４の一部を示す上面図である。図１９は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１４の一部を例示し得る断面図ＣＳ６である。例えば、図１９は、図１８の線Ｈ-Ｈ’に沿った固体撮像素子１１４の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１１４のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図１８および図１９では省略されていることに留意されたい。
図１８および図１９に示すように、固体撮像素子１１４は、図１および図２に示された固体撮像素子１００と同様の構造を有している。図１および図２に示された固体撮像素子１００との主な違いは、固体撮像素子１１４では、グリッド構造３０は、対応する第１の分離セグメント１３Ｓ１に対してシフトＳ１を有し、光分割構造４０は、対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２に対してシフトＳ２を有する。
ここでは、シフトＳ１は、グリッド構造３０の中心軸Ｃ３０と、対応する第１の分離セグメント１３Ｓ１の中心軸Ｃ１３Ｓ１との間の距離ｄ１として定義されることができ、シフトＳ２は、光分割構造４０の中心軸Ｃ４０と対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２の中心軸Ｃ１３Ｓ２との間の距離ｄ２として定義されることができる。図１８および図１９に示された実施形態では、シフトＳ１はシフトＳ２と同じである。即ち、グリッド構造３０の中心軸Ｃ３０と対応する第１の分離セグメント１３Ｓ１の中心軸Ｃ１３Ｓ１との間の距離ｄ１は、光分割構造４０の中心軸Ｃ４０と対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２の中心軸Ｃ１３Ｓ２との間の距離ｄ２と等しいが、本開示はそれに限定されない。
いくつかの実施形態では、図１および図２に示された固体撮像素子１００と、図１８および図１９に示された固体撮像素子１１４とは、同じ固体撮像素子の異なる領域であることができる。例えば、図１および図２に示された固体撮像素子１００は、固体撮像素子の中央領域であってもよく、図１８および図１９に示された固体撮像素子１１４は、固体撮像素子の周辺（エッジ）領域であってもよいが、本開示はそれらに限定されない。
図２０は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１６の一部を示す上面図である。図２１は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１１６の一部を例示し得る断面図ＣＳ７である。例えば、図２１は、図２０の線Ｉ-Ｉ’に沿った固体撮像素子１１６の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１１６のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図２０および図２１では省略されていることに留意されたい。
固体撮像素子１１６では、グリッド構造３０は、対応する第１の分離セグメント１３Ｓ１に対してシフトＳ１を有し、１つの光分割構造４０’は、対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２に対してシフトを有せず、もう１つの光分割構造４０”は、対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２に対してシフトＳ２’を有する。即ち、光分割構造４０’の中心軸Ｃ４０’と対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２の中心軸Ｃ１３Ｓ２との間の距離は０であり、光分割構造４０”の中心軸Ｃ４０”と対応する第２の分離セグメント１３Ｓ２の中心軸Ｃ１３Ｓ２との間の距離ｄ２’は０より大きい。言い換えると、シフトＳ２／Ｓ２’は可変であることができる。また、図２０および図２１に示された実施形態では、シフトＳ１はシフトＳ２’と異なる。
前述の実施形態（例えば、図１、４～７、９、１１、１３、１５、１８、または２０）では、カラーフィルタ層２０の１つの赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、２つの緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、および１つの青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢは、２×２配列を形成し、４Ｃの二次フォトダイオード（ＱＰＤ）またはデュアルフォトダイオード（ＤＰＤ）と呼ばれることができるが、本開示はそれらに限定されない。
図２２は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１１８の一部を示す上面図である。図２２に示すように、８つの緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧは２つの２×２配列を形成し、４つの赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲは２×２配列を形成し、４つの青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢは２×２配列を形成する。図２２に示されたように、光分割構造４０は、全てのカラーフィルタセグメントに配置されているが、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、光分割構造４０は、単にいくつかのカラーフィルタセグメントに配置され得る。
さらに、前述のカラーフィルタセグメント（即ち、赤色カラーフィルタセグメント２０ＳＲ、緑色カラーフィルタセグメント２０ＳＧ、および青色カラーフィルタセグメント２０ＳＢ）は、４×４配列を形成し、１６Ｃの二次フォトダイオード（ＱＰＤ）またはデュアルフォトダイオード（ＤＰＤ）と呼ばれることができるが、本開示はそれらに限定されない。カラーフィルタセグメントの数と配置は、実際の必要に応じて調整されることができる。
前述の実施形態では、光分割構造４０は、全てのカラーフィルタセグメントに配置されているが、本開示はそれに限定されない。図２３Ａ～図２３Ｆは、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１２０～１３０の一部を示す上面図である。同様に、固体撮像素子１２０～１３０のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図２３Ａ～図２３Ｆでは省略されている。
図２３Ａに示されたように、２つの光分割構造４０が、２つの緑色のカラーフィルタセグメント２０Ｓに配置されている。 図２３Ｂに示されたように、１つの光分割構造４０が、１つの赤色カラーフィルタセグメント２０Ｒに配置されている。図２３Ｃに示されたように、１つの光分割構造４０が、１つの青色カラーフィルタセグメント２０Ｂに配置されている。図２３Ｄに示されたように、３つの光分割構造４０が、２つの緑色カラーフィルタセグメント２０Ｓおよび１つの青色カラーフィルタセグメント２０Ｂに配置されている。図２３Ｅに示されたように、３つの光分割構造４０は、２つの緑色のカラーフィルタセグメント２０Ｓおよび１つの赤色のカラーフィルタセグメント２０Ｒに配置されている。 図２３Ｆに示されたように、２つの光分割構造４０が、１つの赤色カラーフィルタセグメント２０Ｒおよび１つの青色カラーフィルタセグメント２０Ｂに配置されている。
図２４は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１３２の一部を示す上面図である。図２５は、本開示のいくつかの実施形態による、固体撮像素子１３２の一部を例示し得る断面図ＣＳ８である。例えば、図２５は、図２４の線Ｊ-Ｊ’に沿った固体撮像素子１３２の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１３２のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図２４および図２５では省略されていることに留意されたい。
図２４および図２５に示すように、固体撮像素子１３２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との主な違いは、固体撮像素子１３２が、光分割構造４０の底部に配置された補助光分割構造４４をさらに含むことである。補助光分割構造４４は、透明誘電体材料を含むことができるが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、補助光分割構造４４は、光分割構造４０と異なる少なくとも１つの材料を含み、補助光分割構造４４の屈折率は、約１～約１．６５の間である。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１３２の上面図（例えば、図２４）からでは、補助光分割構造４４の外形は正方形であるが、本開示はそれに限定されない。言い換えれば、固体撮像素子１３２の上面図からでは、補助光分割構造４４の外形は、光分割構造４０の外形と同一または類似することができるが、本開示は、それに限定されない。さらに、いくつかの実施形態では、補助光分割構造４４の幅Ｗ４４は、光分割構造４０の幅Ｗ４０以上である。例えば、補助光分割構造４４の幅Ｗ４４は、約７０ｎｍ～約３００ｎｍの間であることができる。ここでは、補助光分割構造４４の幅Ｗ４４は、補助光分割構造４４の平行な２辺の最短距離として定義される。固体撮像素子１３２（図２４に示されている）を例としてとると、補助光分割構造４４の幅Ｗ４４は、正方形の辺の長さとして定義される。
図２５に示されたように、いくつかの実施形態では、補助光分割構造４４の高さＨ４４は、約５０ｎｍ～約３５０ｎｍの間である。さらに、図２４および図２５に示されたように、いくつかの実施形態では、補助光分割構造４４は、グリッド構造３０の底部にさらに配置される。即ち、補助光分割構造４４は、遮光層３２の少なくとも一部を覆うことができるが、本開示はそれに限定されない。
図２６は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１３２’の一部を示す上面図である。図２７は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１３２’の一部を例示し得る断面図ＣＳ８’である。例えば、図２７は、図２６の線Ｋ-Ｋ’に沿った固体撮像素子１３２’の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１３２’のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図２６および図２７では省略されていることに留意されたい。
図２６および図２７に示すように、固体撮像素子１３２’は、図２４に示された固体撮像素子１３２と同様の構造を有する。図２４に示された固体撮像素子１３２との主な違いは、固体撮像素子１３２’が、光分割構造４０の底部に配置されたインナーピラー４５をさらに含むことである。即ち、補助光分割構造４４は、インナーピラー４５の少なくとも一部を覆うことができるが、本開示はそれに限定されない。
前述の実施形態では、遮光層３２はグリッド構造３０の底部に配置されているが、本開示はそれに限定されない。図２８は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１３４の一部を示す上面図である。図２９は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１３４の一部を例示し得る断面図ＣＳ９である。例えば、図２９は、図２８の線Ｌ-Ｌ’に沿った固体撮像素子１３４の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１３４のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図２８および図２９では省略されていることに留意されたい。
図２８および図２９に示すように、固体撮像素子１３４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との主な違いは、固体撮像素子１３４が、グリッド構造３０の底部に配置された遮光層３２を含まないことである。同様に、いくつかの他の実施形態では、固体撮像素子１３４は、光分割構造４０（図２８および図２９には示されていない）の底部に配置されたインナーピラー４５をさらに含む。他の同様の機能はここでは繰り返されない。
図３０は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１３６の一部を示す上面図である。図３１は、本開示のいくつかの他の実施形態による、固体撮像素子１３６の一部を例示し得る断面図ＣＳ１０である。例えば、図３１は、図３０の線Ｌ-Ｌ’に沿った固体撮像素子１３６の一部の断面図であることができる。固体撮像素子１３６のいくつかの構成要素は、簡潔にするために図３０および図３１では省略されていることに留意されたい。
図３０および図３１に示すように、固体撮像素子１３６は、図２８に示された固体撮像素子１３４と同様の構造を有する。図２８に示された固体撮像素子１３４との主な違いは、固体撮像素子１３６が、光分割構造４０の底部に配置された補助光分割構造４４をさらに含むことである。さらに、図３０および図３１に示されたように、いくつかの実施形態では、補助光分割構造４４は、グリッド構造３０の底部にさらに配置される。
要約すると、本開示の実施形態の固体撮像素子は、カラーフィルタ層（のカラーフィルタセグメント）に配置された光分割構造を含み、散乱およびクロストークを効果的に低減し、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、１１０’、１１２、１１２’、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３２’、１３４、１３６ 固体撮像素子
１０ 半導体基板
１１、１１Ｂ、１１Ｒ 光電変換素子
１３ 分離構造
１３Ｓ１ 第１の分離セグメント
１３Ｓ２ 第２の分離セグメント
２０ カラーフィルタ層
２０ＳＢ 青色カラーフィルタセグメント
２０ＳＧ 緑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
３０ グリッド構造
３２ 遮光層
４０、４０’、４０” 光分割構造
４１ 第１の部分
４２ 第２の部分
４４ 補助光分割構造
４５ インナーピラー
５０ 集光構造
Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、Ｃ－Ｃ’、Ｄ－Ｄ’、Ｅ－Ｅ’、Ｆ－Ｆ’、Ｇ－Ｇ’、Ｈ－Ｈ’、Ｉ－Ｉ’、Ｊ－Ｊ’、Ｋ－Ｋ’、Ｌ－Ｌ’ 線
Ｃ１３Ｓ１ 第１の分離セグメントの中心軸
Ｃ１３Ｓ２ 第２の分離セグメントの中心軸
Ｃ３０ グリッド構造の中心軸
Ｃ４０、Ｃ４０’、Ｃ４０” 光分割構造の中心軸
ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ３’、ＣＳ４、ＣＳ４’、ＣＳ５、ＣＳ６、ＣＳ７、ＣＳ８、ＣＳ８’、ＣＳ９ 断面図
ｄ１、ｄ２、ｄ２’ 距離
Ｌ 入射光
Ｌ１、Ｌ２ 光
Ｈ２０ カラーフィルタ層の高さ
Ｈ３０ グリッド構造の高さ
Ｈ３２ 遮光層の高さ
Ｈ４０ 光分割構造の高さ
Ｈ４４ 補助光分割構造の高さ
Ｈ４５ インナーピラーの高さ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ シフト
Ｗ４０ 光分割構造の幅
Ｗ４４ 補助光分割構造の幅
Ｗ４５ インナーピラーの幅
θ 夾角

Claims (12)

  1. 複数の光電変換素子と、
    前記光電変換素子の上方に配置され、第１のカラーフィルタセグメントおよび前記第１のカラーフィルタセグメントに隣接した第２のカラーフィルタセグメントを有し、前記第１のカラーフィルタセグメントおよび前記第２のカラーフィルタセグメントは、異なる色に対応するカラーフィルタ層と、
    前記第１のカラーフィルタセグメントまたは前記第２のカラーフィルタセグメントに配置された光分割構造と、および
    前記第１のカラーフィルタセグメントと前記第２のカラーフィルタセグメントとの間に配置され、前記光分割構造がグリッド構造から分離されたグリッド構造と、を含む固体撮像素子。
  2. 前記複数の光電変換素子は、複数の第１の光電変換素子と複数の第２の光電変換素子に分割され、前記第１のカラーフィルタセグメントは、前記第１の光電変換素子に対応し、前記第２のカラーフィルタセグメントは、前記第２の光電変換素子に対応する請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記光電変換素子同士の間に配置され、複数の第１の分離セグメントおよび複数の第２の分離セグメントを有する分離構造をさらに含み、
    前記第１の分離セグメントは、前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子との間に配置され、前記第２の分離セグメントは、前記第１の光電変換素子同士の間、および前記第２の光電変換素子同士の間に配置され、前記グリッド構造は前記第１の分離セグメントに対応し、前記光分割構造は少なくとも１つの前記第２の分離セグメントに対応する請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記固体撮像素子の上面図からでは、前記光分割構造は、前記複数の第２の分離セグメントのうちの対応する１つと重なっている請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 前記固体撮像素子の上面図からでは、前記光分割構造の外形が十字形であるとき、前記光分割構造は、０～４５度で前記複数の第２の分離セグメントのうちの対応する１つからオフセットされる請求項３に記載の固体撮像素子。
  6. 前記グリッド構造は、前記第１の分離セグメントに対して第１のシフトを有し、前記光分割構造は、前記複数の第２の分離セグメントのうちの対応する１つに対して第２のシフトを有し、前記第１のシフトは前記第２のシフトと異なる請求項３に記載の固体撮像素子。
  7. 前記光分割構造の高さは、前記グリッド構造の高さ以下であり、前記固体撮像素子の上面図からでは、前記光分割構造の外形は、円形、正方形、長方形、または、十字形である請求項１に記載の固体撮像素子。
  8. 前記光分割構造の幅は、５０ｎｍ～２００ｎｍの間であり、前記カラーフィルタ層の高さに対する前記光分割構造の高さの比は、０．３～０．９の間である請求項１に記載の固体撮像素子。
  9. 前記光分割構造の屈折率は、１～１．４５の間であり、前記光分割構造は、２つの光電変換素子または４つの光電変換素子に対応する請求項１に記載の固体撮像素子。
  10. 前記光分割構造は、前記第１のカラーフィルタセグメントまたは前記第２のカラーフィルタセグメントの中心に配置された第１の部分、および前記第１のカラーフィルタセグメントまたは前記第２のカラーフィルタセグメントの少なくとも１つの角の近くに配置された第２の部分を有する請求項１に記載の固体撮像素子。
  11. 前記固体撮像素子は、前記光分割構造の底部に配置され、非透過性材料を含むインナーピラーをさらに含み、
    前記インナーピラーの幅は５０ｎｍ～１００ｎｍの間であり、前記インナーピラーの高さは１５０ｎｍ未満である請求項１に記載の固体撮像素子。
  12. 前記光分割構造の底部に配置された補助光分割構造をさらに含み、前記補助光分割構造は、前記グリッド構造の下部にさらに配置され、前記補助光分割構造は、前記光分割構造と異なる少なくとも１つの材料を含み、前記補助光分割構造の屈折率は、１～１．６５の間であり、前記補助光分割構造の幅は、前記光分割構造の幅以上であり、前記補助光分割構造の高さは、５０ｎｍ～３５０ｎｍの間である請求項１に記載の固体撮像素子。
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