WO2016136502A1 - 固体撮像素子、および電子装置 - Google Patents

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    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8063—Microlenses

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device and an electronic device, and more particularly, to a solid-state imaging device and an electronic device suitable for use when each pixel has a vertical spectral structure.
  • each pixel in a solid-state imaging device has been provided with a color filter colored in different colors such as R, G, and B for each pixel, and a PD (photograph) is provided according to incident light input through the color filter.
  • a photoelectric conversion unit including a diode generates electric charges by photoelectric conversion.
  • each pixel outputs a monochrome pixel signal corresponding to the color of the color filter.
  • each pixel region of the solid-state imaging device has a vertical spectral configuration in which organic photoelectric conversion films and a plurality of PDs are stacked in the vertical direction so that each pixel can output pixel signals of a plurality of colors simultaneously.
  • a solid-state image sensor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a solid-state imaging device having a longitudinal spectral configuration.
  • the solid-state imaging device has an organic photoelectric conversion film 1 having a selective sensitivity to a G (Green) component of incident light and a selective sensitivity to a B (Blue) component in order from the light incident side.
  • a second PD (R-PD) 3 having a selective sensitivity to the R (Red) component.
  • the G component of the incident light is absorbed by the organic photoelectric conversion film 1
  • the B component is absorbed by the first PD 2
  • the R component is absorbed by the second PD 3 and converted into electric charge.
  • the R component passes through the first PD 2 and enters the second PD 3, or the B component that cannot be absorbed (converted) by the first PD 2 is incident on the second PD 3. Due to the structure shown in Fig. 1, color mixing cannot be avoided. Such a color mixture causes a lack of sensitivity at the same time. This problem will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 shows the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device shown in FIG. That is, the curve G in the figure shows the spectral sensitivity of the organic photoelectric conversion film 1, the curve B shows the spectral sensitivity of the first PD2, and the curve R shows the spectral sensitivity of the second PD3.
  • the first PD 2 absorbs the R component (around 550 to 700 nm) in addition to the B component that should be absorbed originally.
  • the second PD 3 absorbs the B component (around 400 to 550 nm) in addition to the R component that should be absorbed originally.
  • the matrix coefficient at the time of the color correction calculation increases, and as a result, the image quality deterioration (SN ratio deterioration) is caused by the color correction calculation. .
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and is intended to suppress color mixing and sensitivity reduction in each pixel of a solid-state imaging device having a longitudinal spectral structure.
  • the solid-state imaging device is a solid-state imaging device including a vertical-direction spectral structure pixel in which a plurality of photoelectric conversion units are stacked, and the vertical-direction spectral structure pixel is a first of the incident light.
  • a first photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light of a second wavelength and a second photoelectric component that generates a charge in response to light of a second wavelength among the incident light that has passed through the first photoelectric conversion unit
  • a first spectroscopic unit that is formed on the upper surface of the first photoelectric conversion unit and that bends the traveling direction of the light of the first wavelength of the incident light in a lateral direction.
  • the first spectroscopic unit can bend the traveling direction of the light having the first wavelength of the incident light in the extending direction of the first photoelectric conversion unit.
  • the first beam splitting unit can go straight without changing the traveling direction of light other than the first wavelength of the incident light.
  • the first spectroscopic unit may be a diffraction grating.
  • the first spectroscopic unit may be a metal nanoparticle or a metal nanowire.
  • the thickness of the layer of the first photoelectric conversion unit can be made thinner than the operation thickness of the second photoelectric conversion unit.
  • the vertical spectral structure pixel may further include a third photoelectric conversion unit that generates an electric charge in response to light having a third wavelength of incident light, and the first photoelectric conversion unit includes the first photoelectric conversion unit. 3, a charge is generated in response to the light having the first wavelength whose traveling direction is bent by the first spectroscopic unit, and the second photoelectric conversion unit An electric charge can be generated according to light of the second wavelength among the incident light transmitted through the photoelectric conversion unit, the first spectroscopic unit, and the first photoelectric conversion unit.
  • the first and second photoelectric conversion units can be PDs, and the third photoelectric conversion unit can be an organic photoelectric conversion film.
  • the solid-state imaging device further includes a non-longitudinal direction spectral structure pixel including a third photoelectric conversion unit that generates charges in response to light having a third wavelength of incident light. Can do.
  • the first to third photoelectric conversion units can be PDs.
  • the non-vertical direction spectral structure pixel may further include a color filter that transmits only light of the third wavelength on an upper surface of the third photoelectric conversion unit.
  • a color filter that transmits only light of the first and second wavelengths can be further provided on the upper surface of the spectroscopic unit.
  • the vertical spectral structure pixel includes a third photoelectric conversion unit that generates charges in response to light having a third wavelength of incident light, and the input surface formed on an upper surface of the third photoelectric conversion unit.
  • a second spectroscopic unit that bends the traveling direction of the light having the third wavelength in the lateral direction, and the third photoelectric conversion unit includes the first spectroscopic unit and the first spectroscopic unit.
  • a charge is generated in response to the light having the third wavelength among the incident light transmitted through the photoelectric conversion unit, and the second photoelectric conversion unit is configured to include the first spectroscopic unit and the first photoelectric conversion unit. Charges can be generated in response to light of the second wavelength of the incident light transmitted through the first, second spectroscopic, and third photoelectric conversion units.
  • the second spectroscopic unit may be a diffraction grating, a metal nanoparticle, or a metal nanowire.
  • the first to third photoelectric conversion units can be PDs.
  • the vertical direction spectral structure pixel may further include a condensing unit for condensing the incident light near the center of the vertical direction spectral structure pixel.
  • the light of the first wavelength can be B component light
  • the light of the second wavelength can be R component light
  • the light of the third wavelength can be G component light
  • An electronic device is an electronic device including a solid-state imaging device including a vertical spectral structure pixel in which a plurality of photoelectric conversion units are stacked, and the vertical spectral structure pixel includes incident light.
  • a first photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light having a first wavelength, and a charge that corresponds to light having a second wavelength in the incident light transmitted through the first photoelectric conversion unit.
  • a second photoelectric conversion unit that generates light, and a first spectroscopic unit that is formed on an upper surface of the first photoelectric conversion unit and that bends the traveling direction of the light having the first wavelength of the incident light in a lateral direction.
  • the traveling direction of the light having the first wavelength of incident light is bent in the lateral direction, and the light is transmitted in accordance with the light having the first wavelength. Charge is generated.
  • color mixing and sensitivity reduction in each pixel can be suppressed.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows an example of a structure of the solid-state image sensor which has the conventional longitudinal direction spectral structure. It is a figure which shows the spectral sensitivity characteristic of the solid-state image sensor shown by FIG. It is a schematic sectional drawing of the solid-state image sensor which has the vertical direction spectral structure to which this indication is applied. It is a figure which shows the spectral sensitivity characteristic which can be anticipated with respect to the solid-state image sensor shown by FIG. It is a figure for demonstrating the diffraction conditions of a diffraction grating. It is a figure which shows the structure of the solid-state image sensor employ
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device having a longitudinal spectral structure to which the present disclosure is applied.
  • This solid-state imaging device is configured by sequentially stacking the diffraction grating 11, the first PD 12, and the second PD 13 in the vertical direction from the light incident surface side.
  • an on-chip lens that collects incident light near the center of the pixel is formed on the upper surface side of the diffraction grating 11, and between the diffraction grating 11 and the on-chip lens.
  • the diffraction grating 11 diffracts light of a predetermined wavelength corresponding to the arrangement period w of the scatterers constituting the diffraction grating 11 in the horizontal direction (lateral direction) out of the incident light. Light of other wavelengths is transmitted without being diffracted.
  • the period w is set so that the diffraction grating 11 diffracts the light having the wavelength absorbed by the first PD 12 and transmits the light having the wavelength absorbed by the second PD 13.
  • 1st PD12 absorbs short wavelength light, such as B (blue) component, and converts it into an electric charge.
  • the second PD 13 absorbs long-wavelength light such as an R (Red) component and converts it into electric charges. It should be noted that the thickness of the layer of the first PD 12 is made thinner than the conventional one.
  • the B component when light is incident, the B component is diffracted laterally by the diffraction grating 11 and absorbed by the first PD 12 to be converted into electric charge. At this time, since the B component proceeds in the direction in which the first PD 12 is stretched, it does not leak into the second PD 13. In addition, since the optical path length of the B component in the first PD 12 becomes longer than the thickness of the layer, the B component can be efficiently absorbed by the first PD 12. Although illustration is omitted, in order to avoid color mixing between adjacent pixels, a reflecting plate or a film that absorbs light may be provided at the boundary between the pixels to block leakage light.
  • the R component of the incident light that has not been diffracted by the diffraction grating 11 passes through the first PD 12 and is absorbed by the second PD 13 to be converted into electric charge. Since the optical path length when the R component passes through the first PD 12 (that is, the thickness of the layer of the first PD 12) is shorter than the conventional one, the amount of absorption of the R component in the first PD 12 can be reduced. it can.
  • FIG. 4 shows spectral sensitivity characteristics that can be expected from the solid-state imaging device shown in FIG. That is, the curve G in the figure shows the spectral characteristics expected for the organic photoelectric conversion film (not shown), the curve B shows the expected spectral characteristics for the first PD 12, and the curve R shows the spectral characteristics expected for the second PD 13.
  • the sensitivity to the B component by the first PD 12 increases and the absorption of the R component (around 550 nm to 700 nm) decreases.
  • the curve R shows, an increase in sensitivity to the R component by the second PD 13 and a decrease in absorption of the B component (around 400 nm to 550 nm) can be expected.
  • FIG. 5 shows an example of a diffraction grating.
  • a plurality of scatterers constituting the diffraction grating are arranged with a period w, and incident light is incident at an angle ⁇ .
  • interference occurs due to a plurality of scattered lights.
  • the optical path difference between two adjacent light beams is w ⁇ sin ⁇ on the incident side, and the optical path difference is w on the exit side. ⁇ Sin ⁇ .
  • the condition for strengthening by interference is expressed by the following equation (1) in consideration of the minus ⁇ side on the emission side.
  • w ⁇ (sin ⁇ ⁇ sin ⁇ ) m ⁇ ⁇ (1)
  • n is the refractive index of the medium.
  • FIG. 6 shows a configuration example of a solid-state imaging device adopted for wave simulation.
  • FIG. 1A shows a conventional configuration example in which the first PD 12 and the second PD 13 are stacked in the Si substrate and the diffraction grating 11 is not provided.
  • FIG. 7B is a configuration example to which the present disclosure is applied, in which the first PD 12 and the second PD 13 are stacked in the Si substrate, and the diffraction grating 11 is provided on the second PD 13.
  • the first PD 12 absorbs short wavelength light such as the B component
  • the second PD 13 absorbs long wavelength light such as the R component.
  • the wavelength of incident light is 460 nm (B component) and 640 nm (R component)
  • the period w of the diffraction grating 11 is 0.1 to 0.18 ⁇ m (100 to 180 nm)
  • the groove depth d is 0.1 ⁇ m. .
  • FIG. 7 shows a simulation result when the wavelength of incident light is 460 nm.
  • FIG. 6A shows the case where the diffraction grating 11 is not provided
  • FIG. 6B shows the case where the diffraction grating 11 is provided.
  • the layer thickness of the first PD 12 is 0.6 ⁇ m
  • the period w of the diffraction grating 11 is 0.13 ⁇ m.
  • FIG. 8 shows a simulation result when the wavelength of incident light is 640 nm.
  • FIG. 6A shows the case where the diffraction grating 11 is not provided
  • FIG. 6B shows the case where the diffraction grating 11 is provided.
  • the layer thickness of the first PD 12 is 0.6 ⁇ m
  • the period w of the diffraction grating 11 is 0.13 ⁇ m.
  • FIG. 7A and FIG. 8A show that when the diffraction grating 11 is not provided, both the B component and the R component go straight in the vertical direction in the Si substrate.
  • the B component is diffracted and travels in the lateral direction in the first PD 12 from the results shown in FIG. 7B and FIG. 8B.
  • the R component goes straight in the vertical direction. This is because the diffraction condition is satisfied for the B component and the diffraction condition is not satisfied for the R component.
  • the B component since the absorption coefficient is large, the influence of the color mixture on the adjacent pixels is small even if the image proceeds in the horizontal direction.
  • a reflecting plate or a film that absorbs light may be provided at the boundary between the pixels to block leakage light.
  • FIG. 9 shows the light absorption sensitivity improvement rate of the first PD 12 (curve B) and the second PD 13 (curve R) when the period w of the diffraction grating 11 is changed.
  • the sensitivity improvement rate is 1 when the diffraction grating 11 is not provided. In the case shown in the figure, it is assumed that the diffraction grating 11 is provided in the xy direction.
  • the sensitivity is significantly improved in the first PD 12 that absorbs the B component.
  • FIG. 10 shows a wave simulation result when the wavelength of the incident light is 640 nm and the period w of the diffraction grating 11 is changed from 0.1 to 0.18 ⁇ m. From FIG. A to FIG. w is increased.
  • the R component hardly diffracts in the lateral direction when the period w is from 0.1 to 0.16 ⁇ m, and the R component is diffracted in the lateral direction when the cycle w is 0.18 ⁇ m. You can see that Therefore, it can be said that the optimum range of the period w for preventing the R component from being mixed with adjacent pixels is 0.1 to 0.16 ⁇ m.
  • the value B is the sensitivity of the first PD 12 to light having a wavelength of 460 nm
  • the value ⁇ B is the sensitivity of the first PD 12 to light having a wavelength of 640 nm
  • the value R is the sensitivity of the second PD 13 to light having a wavelength of 640 nm
  • the value ⁇ R is the sensitivity of the second PD 13 to light having a wavelength of 460 nm.
  • the value ⁇ B / B is defined as a color mixing index in the first PD 12
  • the value ⁇ R / R is defined as a color mixing index in the second PD 13.
  • both the indexes ⁇ B / B and ⁇ R / R are decreased when the diffraction grating 11 is provided, compared to when the diffraction grating 11 is not provided. This means that the color mixture is decreasing.
  • the reason why the index ⁇ B / B decreases is considered to be that the value PD, which is the denominator of the index ⁇ B / B, increases as the absorption of light having a wavelength of 460 nm in the first PD 12 increases.
  • the reason why the index ⁇ R / R is decreasing is that light having a wavelength of 460 nm reaching the second PD 13 decreases, absorption in the second PD 13 decreases, and the value ⁇ R that is a numerator of the index ⁇ R / R decreases. This is probably because of this.
  • the color mixture in the same pixel can be reduced by providing the diffraction grating 11. Thereby, the noise propagation after the signal processing of the color correction calculation can be reduced, and the deterioration of the SN ratio can be suppressed.
  • FIG. 12 shows the sensitivity to the R component (wavelength 640 nm) in the second PD 13 when the layer thickness of the first PD 12 is changed in the range of 0.4 to 0.6 ⁇ m.
  • FIG. 13 shows the color mixture index ⁇ B / B of the first PD 12 when the thickness of the layer of the first PD 12 is changed in the range of 0.4 to 0.6 ⁇ m.
  • the period w of the diffraction grating 11 in FIGS. 12 and 13 is 0.13 ⁇ m.
  • the spectral sensitivity characteristics can be further improved by providing the diffraction grating 11 and further reducing the thickness of the first PD 12 layer.
  • FIG. 14 illustrates a first configuration example of the solid-state imaging element according to the embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device 20 includes an on-chip lens (OCL) 21, an organic photoelectric conversion film 22, a diffraction grating 23, a first PD (B-PD) 24, and a second PD (R-PD) 25 in order from the light incident side.
  • OCL on-chip lens
  • B-PD organic photoelectric conversion film
  • R-PD second PD
  • the electrode is provided in each of the organic photoelectric converting film 22, 1st PD24, and 2nd PD25, the detailed description is abbreviate
  • the on-chip lens 21 collects incident light near the center of the pixel.
  • the organic photoelectric conversion film 22 absorbs the G component light of the incident light and converts it into charges.
  • the diffraction grating 23 diffracts the B component of the incident light transmitted through the organic photoelectric conversion film 22 in the lateral direction and causes other components to travel straight.
  • the period w of the diffraction grating 23 is in the range of 0.1 to 0.16 ⁇ m, for example, 0.13 ⁇ m (130 nm), and the groove depth d is, for example, 100 nm.
  • the first PD 24 absorbs the B component diffracted by the diffraction grating 23 and converts it into electric charges.
  • the thickness of the first PD 24 is 0.6 ⁇ m or less, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the second PD 25 absorbs the R component of the incident light transmitted through the first PD 24 and converts it into electric charges.
  • the layer of the second PD 25 is formed with a thickness of 2.5 ⁇ m, for example.
  • incident light is collected near the center of the pixel by the on-chip lens 21, and first, the G component light of the incident light is absorbed by the organic photoelectric conversion film 22 and converted into electric charge. Next, the B component of the incident light transmitted through the organic photoelectric conversion film 22 is diffracted in the lateral direction by the diffraction grating 23 and absorbed by the first PD 24 to be converted into electric charges. The R component of the incident light that travels straight without being diffracted by the diffraction grating 23 is absorbed by the second PD 25 and converted into electric charge.
  • a reflecting plate or a film that absorbs light may be provided at the boundary between the pixels to block leakage light.
  • the diffraction grating 23 in which scatterers are arranged at an appropriate period is provided and the first PD 24 having a thin layer is formed, color mixing for each pixel is unavoidable structurally. Can be suppressed, and a decrease in sensitivity of each color component is suppressed.
  • the photosensitivity characteristics of each pixel of the solid-state image sensor 20 approach the ideal spectrum, the matrix coefficient of the color correction calculation in the subsequent stage of the solid-state image sensor 20 is suppressed, and as a result, the deterioration of the SN ratio is suppressed. An image with an image quality can be obtained.
  • FIG. 15 illustrates a second configuration example of the solid-state imaging element according to the embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device 30 includes a first pixel 30A that simultaneously outputs a pixel signal of a B component and an R component, and a second pixel 30B that outputs a pixel signal of a G component. Is arranged.
  • the first pixel 30A includes, in order from the light incident side, an on-chip lens 31, an on-chip color filter (OCCF) 32M colored with magenta, a diffraction grating 33, and a first PD ( B-PD) 34 and second PD (R-PD) 35 are laminated.
  • the second pixel 30B is configured by laminating an on-chip lens 31, an on-chip color filter 32G colored with G (Green), and a third PD (G-PD) 36 in order from the light incident side.
  • the first PD 34, the second PD 35, and the third PD 36 are each provided with an electrode, but detailed description thereof is omitted.
  • the on-chip lens 31 collects incident light near the center of the pixel.
  • the on-chip color filter 32 is colored magenta or G in pixel units.
  • the diffraction grating 33 diffracts the B component of the incident light transmitted through the on-chip color filter 32M in the lateral direction and causes other components to travel straight.
  • the period w of the diffraction grating 33 is in the range of 0.1 to 0.16 ⁇ m, for example, 0.13 ⁇ m (130 nm), and the groove depth d is, for example, 100 nm.
  • the first PD 34 absorbs the B component diffracted by the diffraction grating 33 and converts it into electric charges.
  • the first PD 34 is formed with a thickness of 0.6 ⁇ m or less, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the second PD 35 absorbs the R component of the incident light transmitted through the first PD 34 and converts it into electric charges.
  • the thickness of the second PD 35 is, for example, 2.5 ⁇ m.
  • the third PD 36 absorbs the G component of the incident light transmitted through the on-chip color filter 32G and converts it into electric charges.
  • first pixel 30 ⁇ / b> A of the solid-state imaging device 30 incident light is collected near the center of the pixel by the on-chip lens 31, and the B component of the incident light transmitted through the on-chip color filter 32 ⁇ / b> M is laterally transmitted by the diffraction grating 33. It is diffracted and absorbed by the first PD 34 to be converted into electric charge. The R component of the incident light that travels straight without being diffracted by the diffraction grating 33 is absorbed by the second PD 35 and converted into an electric charge.
  • a reflecting plate or a film that absorbs light may be provided at the boundary between the pixels to block leakage light.
  • the incident light is condensed near the center of the pixel by the on-chip lens 31, and the G component of the incident light transmitted through the on-chip color filter 32G is absorbed by the third PD 36 and converted into electric charge. .
  • the first pixel 30A of the solid-state imaging device 30 is provided with a diffraction grating 33 in which scatterers are arranged at an appropriate period, and further, a thinned first PD 34 is formed. It is possible to suppress color mixture for each pixel that is not present, and to suppress a decrease in sensitivity of each color component. Further, since the photosensitivity characteristic of each pixel of the solid-state image sensor 30 approaches the ideal spectrum, the matrix coefficient of the color correction calculation in the subsequent stage of the solid-state image sensor 30 can be suppressed low, and as a result, the deterioration of the SN ratio can be suppressed. An image with an image quality can be obtained.
  • FIG. 16 illustrates a third configuration example of the solid-state imaging element according to the embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device 40 includes, in order from the light incident side, an on-chip lens 41, a B diffraction grating 42, a first PD (B-PD) 43, a G diffraction grating 44, a second PD (G-PD) 45, and A third PD (R-PD) 46 is laminated.
  • the first PD 43, the second PD 45, and the third PD 46 are each provided with an electrode, but detailed description thereof is omitted.
  • the on-chip lens 41 condenses incident light near the center of the pixel.
  • the B diffraction grating 42 diffracts the B component of the incident light in the lateral direction and causes other components to travel straight.
  • the period w of the B diffraction grating 42 is in the range of 0.1 to 0.16 ⁇ m, for example, 0.13 ⁇ m (130 nm), and the groove depth d is, for example, 100 nm.
  • the first PD 43 absorbs the B component diffracted by the B diffraction grating 33 and converts it into charges.
  • the first PD 43 is formed with a thickness of 0.6 ⁇ m or less, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the G diffraction grating 44 diffracts the G component of the incident light in the lateral direction and causes other components to travel straight.
  • the period w of the G diffraction grating 44 is in the range of 0.1 to 0.16 ⁇ m, for example, 0.15 ⁇ m (150 nm), and the groove depth d is, for example, 100 nm.
  • the second PD 45 absorbs the G component diffracted by the G diffraction grating 44 and converts it into charges.
  • the thickness of the second PD45 is formed to be 1.8 ⁇ m, for example.
  • 3rd PD46 absorbs R component of the incident light which permeate
  • the layer thickness of the third PD 46 is, for example, 2.6 ⁇ m.
  • incident light is collected near the center of the pixel by the on-chip lens 41, and its B component is diffracted laterally by the B diffraction grating 42 and absorbed by the first PD 34 to be converted into electric charge.
  • the incident light that has traveled straight without being diffracted by the diffraction grating 33 is diffracted in the lateral direction by the G diffraction grating 44 and absorbed by the second PD 45 to be converted into electric charges.
  • the R component of the incident light transmitted through the first PD 43 and the second PD 45 is absorbed by the third PD 46 and converted into electric charges.
  • a reflecting plate or a film that absorbs light may be provided at the boundary between the pixels to block leakage light.
  • the B diffraction grating 42 and the G diffraction grating 44 in which scatterers are arranged at an appropriate period are provided, and further, the first PD 43 and the second PD 45 that are thinned are formed.
  • the matrix coefficient of the color correction calculation at the subsequent stage of the solid-state image sensor 40 is suppressed, and as a result, the deterioration of the SN ratio is suppressed. An image with an image quality can be obtained.
  • FIG. 17 shows a manufacturing process of the solid-state imaging device 40.
  • the third PD 46 and the second PD 45 are formed in the Si substrate. Specifically, an n-type (or p-type) impurity is doped into the Si substrate by ion implantation, the impurity is activated by annealing, or an n-type (or p-type) impurity is doped during Si epitaxial growth. Thus, the third PD 46 and the second PD 45 are formed.
  • the n-type impurity P, As, Sb, Bi, or the like can be adopted.
  • As the p-type impurity B, In or the like can be adopted.
  • the G diffraction grating 44 is formed on the outermost surface of the second PD 45. Specifically, after applying a resist film at equal intervals by a lithography technique on a film of an inorganic material (oxide, nitride, etc.) having a lower refractive index than Si, periodic diffraction by G is performed by dry etching. A lattice 44 is formed. Thereafter, the damaged layer on the surface may be further removed by chemical etching and tapered.
  • the first PD 43 is formed in the same manner as the second PD 45 and the like.
  • the B diffraction grating 42 is formed on the first PD 43. Specifically, a resist film is formed at equal intervals by lithography, and then the unevenness that becomes the B diffraction grating 42 is formed by dry etching. Finally, a through electrode is formed.
  • light of a predetermined wavelength of incident light is generated by surface plasmon resonance (SPR) generated by arranging metal nanoparticles or nanowires instead of the diffraction grating. It bends in the horizontal direction.
  • SPR surface plasmon resonance
  • FIG. 18 shows the principle of surface plasmon resonance.
  • surface plasmon resonance occurs when metal nanoparticles (or metal nanowires) are arranged on the Si surface.
  • metal nanoparticles In metal nanoparticles, a photoelectric field and plasmon are coupled to cause light absorption, and an electric field that is significantly enhanced locally is generated. At this time, the light energy is converted into surface plasmons, which propagate through the metal surface or between the metal surfaces, allowing the light to travel in the lateral direction. Furthermore, this electric field can be absorbed from the Si surface as near-field light.
  • silver can be used as the metal material that resonates with the light of the B component
  • gold can be used as the material that resonates with the light of the G component.
  • FIG. 19 illustrates a fourth configuration example of the solid-state imaging element according to the embodiment of the present disclosure.
  • This solid-state image pickup device 50 is a modification of the solid-state image pickup device 20 shown in FIG. 14, in which the diffraction grating 23 in the solid-state image pickup device 20 is replaced with silver nanoparticles (which may be silver nanowires) 51 having a diameter of 100 nm or less. It is.
  • the other components are denoted by the same reference numerals as those of the solid-state imaging device 20, and the description thereof is omitted.
  • silver nanoparticles 51 for example, silver nanoparticles are colloidally dispersed in an organic liquid in advance and applied to the outermost surface of the first PD 24 by spin coating, or silver nanoparticles are formed by vacuum deposition. Can be attached.
  • the arrangement of the silver nanoparticles 51 is not necessarily the Si surface but may be in the vicinity of the Si surface in order to reduce dark current.
  • the near-field light may be disposed in a range where it reaches Si, for example, at a distance of 300 nm or less from the Si surface.
  • solid-state imaging device 50 surface plasmons are generated by the silver nanoparticles 51 according to the light of the B component, the B component propagates in the lateral direction, and other components travel straight. Therefore, the same operations and effects as those of the solid-state image sensor 20 can be obtained.
  • FIG. 20 illustrates a fifth configuration example of the solid-state imaging element according to the embodiment of the present disclosure.
  • This solid-state imaging device 60 is a modification of the solid-state imaging device 30 shown in FIG. 15, and silver nanoparticles (or silver nanowires) having a diameter of 100 nm or less as the diffraction grating 33 in the first pixel 30A of the solid-state imaging device 30 are used. 61 is substituted.
  • Other components are denoted by the same reference numerals as those of the solid-state imaging device 30, and the description thereof is omitted.
  • the formation of the silver nanoparticles 61 is the same as the formation of the silver nanoparticles 51 in the solid-state imaging device 50, the description thereof is omitted.
  • solid-state imaging device 60 surface plasmons are generated by the silver nanoparticles 61 according to the light of the B component, the B component propagates in the lateral direction, and the other components travel straight. Therefore, the same operation and effect as the solid-state imaging device 50 can be obtained.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a usage example in which the above-described solid-state imaging device is used.
  • the solid-state imaging device described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • a solid-state imaging device including a vertical spectral structure pixel in which a plurality of photoelectric conversion units are stacked,
  • the vertical spectral structure pixel is A first photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light of a first wavelength of incident light;
  • a second photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light having a second wavelength among the incident light transmitted through the first photoelectric conversion unit;
  • a solid-state imaging device comprising: a first spectroscopic unit that is formed on an upper surface of the first photoelectric conversion unit and bends the traveling direction of the light having the first wavelength of the incident light in a lateral direction.
  • the vertical spectral structure pixel is A third photoelectric converter that generates a charge in response to light of the third wavelength of incident light;
  • the first photoelectric conversion unit transmits the third photoelectric conversion unit, and generates a charge according to the light of the first wavelength whose traveling direction is bent by the first spectroscopic unit,
  • the second photoelectric conversion unit is configured to respond to light having the second wavelength among the incident light transmitted through the third photoelectric conversion unit, the first spectroscopic unit, and the first photoelectric conversion unit.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (6).
  • the first and second photoelectric conversion units are PDs
  • the first to third photoelectric conversion units are PDs.
  • the non-longitudinal spectral structure pixel is A color filter that transmits only the light of the third wavelength on the upper surface of the third photoelectric conversion unit;
  • the vertical spectral structure pixel is The solid-state imaging device according to (9) or (10), further including a color filter that transmits only light of the first and second wavelengths on an upper surface of the first spectroscopic unit.
  • the vertical spectral structure pixel is A third photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light of a third wavelength of incident light; A second spectroscopic unit formed on an upper surface of the third photoelectric conversion unit and configured to bend a traveling direction of the light having the third wavelength of the incident light in a lateral direction; The third photoelectric conversion unit generates an electric charge according to light of the third wavelength among the incident light transmitted through the first spectroscopic unit and the first photoelectric conversion unit, The second photoelectric conversion unit includes the first light splitting unit, the first photoelectric conversion unit, the second light splitting unit, and the third photoelectric conversion unit of the incident light transmitted through the third photoelectric conversion unit.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (6), wherein charge is generated in response to light having a wavelength of 2.
  • the solid-state imaging device wherein the second spectroscopic unit is a diffraction grating, a metal nanoparticle, or a metal nanowire.
  • or 3rd photoelectric conversion part is PD.
  • the solid-state image sensor as described in said (12).
  • the vertical spectral structure pixel is The solid-state imaging device according to any one of (1) to (14), further including a condensing unit that condenses the incident light near a center of the vertical spectral structure pixel.
  • the light of the first wavelength is B component light
  • the light of the second wavelength is R component light
  • the solid-state imaging device according to any one of (7) to (15), wherein the light having the third wavelength is G-component light.
  • (17) In an electronic device equipped with a solid-state imaging device including a vertical spectral structure pixel in which a plurality of photoelectric conversion units are stacked, The vertical spectral structure pixel is A first photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light of a first wavelength of incident light; A second photoelectric conversion unit that generates a charge in response to light having a second wavelength among the incident light transmitted through the first photoelectric conversion unit;
  • An electronic device comprising: a first spectroscopic unit formed on an upper surface of the first photoelectric conversion unit and configured to bend a traveling direction of the light having the first wavelength of the incident light in a lateral direction.

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Abstract

　本開示は、縦方向分光構造を有する固体撮像素子の各画素における混色、感度低下を抑止することができるようにする固体撮像素子、および電子装置に関する。 本開示の第１の側面である固体撮像素子は、複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子において、前記縦方向分光構造画素が、入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える。本開示は、例えばイメージセンサを搭載する電子装置に適用できる。

Description

固体撮像素子、および電子装置
　本開示は、固体撮像素子、および電子装置に関し、特に、各画素が縦方向分光構造を有する場合に用いて好適な固体撮像素子、および電子装置に関する。
　従来、固体撮像素子における各画素は、Ｒ，Ｇ，Ｂなどの異なる色で着色されたカラーフィルタが画素毎に設けられており、カラーフィルタを介して入力される入射光に応じ、ＰＤ（フォトダイオード）などから成る光電変換部が光電変換によって電荷を発生するようになされていた。この場合、各画素は、カラーフィルタの色に対応する単色の画素信号を出力することになる。
　そして、昨今、各画素が同時に複数の色の画素信号を出力できるように、固体撮像素子の各画素の領域に、縦方向に有機光電変換膜や複数のＰＤを積層した縦方向分光構成を有する固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　図１は、縦方向分光構成を有する固体撮像素子の一例を示す断面図である。この固体撮像素子は、光の入射側から順に、入射光のうちのＧ(Green)成分に対して選択的な感度を有する有機光電変換膜１、Ｂ(Blue)成分に対して選択的な感度を有する第１ＰＤ(B-PD)２、および,Ｒ(Red)成分に対に選択的な感度を有する第２ＰＤ(R-PD)３が積層されて構成されている。
　この固体撮像素子においては、理想的には、入射光のうちのＧ成分は有機光電変換膜１で、Ｂ成分は第１ＰＤ２で、Ｒ成分は第２ＰＤ３で吸収されて電荷に変換されることが望ましい。
特開２０１３－９３５５３号公報
　しかしながら、実際には、Ｒ成分は第１ＰＤ２を透過して第２ＰＤ３に入射することや、第１ＰＤ２にて吸収（変換）しきれなかったＢ成分が第２ＰＤ３に入射されることなどにより、図１に示された構造上、混色を避けることができない。そして、このような混色は、同時に感度不足をもたらすことになる。この問題について、図２を参照して説明する。
　図２は、図１に示された固体撮像素子の分光感度特性を示している。すなわち、同図の曲線Ｇは有機光電変換膜１の分光感度を、曲線Ｂは第１ＰＤ２の分光感度を、曲線Ｒは第２ＰＤ３の分光感度をそれぞれ示している。
　曲線Ｂが示すように、第１ＰＤ２は、本来吸収すべきＢ成分の他にＲ成分(550ｎｍから700ｎｍ付近)も吸収してしまうことが分かる。同様に、曲線Ｒが示すように、第２ＰＤ３は本来吸収すべきＲ成分の他にＢ成分(400ｎｍから550ｎｍ付近)も吸収してしまうことが分かる。
　このように、固体撮像素子の分光特性が理想的な状態から外れていると、色補正演算時のマトリックス係数が増加し、結果として、色補正演算による画質劣化（SN比劣化）をもたらしてしまう。
　本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、縦方向分光構造を有する固体撮像素子の各画素における混色、感度低下を抑止できるようにするものである。
　本開示の第１の側面である固体撮像素子は、複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子において、前記縦方向分光構造画素は、入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える。
　前記第１の分光部は、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を、前記第１の光電変換部の延伸方向に曲げることができる。
　前記第１の分光部は、前記入射光の前記第１の波長以外の光の進行方向を変えずに直進させることができる。
　前記第１の分光部は、回折格子とすることができる。
　前記第１の分光部は、金属ナノ粒子または金属ナノワイヤとすることができる。
　前記第１の光電変換部の層の厚さは、前記第２の光電変換部の操作の厚さに比較して薄く形成することができる。
　前記縦方向分光構造画素は、入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部をさらに備えることができ、前記第１の光電変換部は、前記第３の光電変換部を透過し、前記第１の分光部によって進行方向が曲げられた前記第１の波長の光に応じて電荷を発生し、前記第２の光電変換部は、前記第３の光電変換部、前記第１の分光部、および前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第２の波長の光に応じて電荷を発生することができる。
　前記第１および第２の光電変換部は、ＰＤとすることができ、前記第３の光電変換部は、有機光電変換膜とすることができる。
　本開示の第１の側面である固体撮像素子は、入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部を備える非縦方向分光構造画素をさらに含むことができる。
　前記第１乃至第３の光電変換部は、ＰＤとすることができる。
　前記非縦方向分光構造画素は、前記第３の光電変換部の上面に前記第３の波長の光のみを透過するカラーフィルタをさらに備えることができ、前記縦方向分光構造画素は、前記第１の分光部の上面に前記第１および第２の波長の光のみを透過するカラーフィルタをさらに備えることができる。
　前記縦方向分光構造画素は、入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部と、前記第３の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第３の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第２の分光部とをさらに備えることができ、前記第３の光電変換部は、前記第１の分光部、および前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第３の波長の光に応じて電荷を発生し、前記第２の光電変換部は、前記第１の分光部、前記第１の光電変換部、前記第２の分光部、および前記第３の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第２の波長の光に応じて電荷を発生することができる。
前記第２の分光部は、回折格子、金属ナノ粒子、または金属ナノワイヤとすることができる。
　前記第１乃至第３の光電変換部は、ＰＤとすることができる。
　前記縦方向分光構造画素は、前記入射光を前記縦方向分光構造画素の中央付近に集光させる集光部をさらに含むことができる。
　前記第１の波長の光はＢ成分の光、前記第２の波長の光はＲ成分の光、前記第３の波長の光はＧ成分の光とすることができる。
　本開示の第２の側面である電子装置は、複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子が搭載された電子装置において、前記縦方向分光構造画素は、入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える。
　本開示の第１および第２の側面においては、縦方向分光構造画素においては、入射光の前記第１の波長の光の進行方向が横方向に曲げられ、第１の波長の光に応じて電荷が発生される。
　本開示の第１および第２の側面によれば、各画素における混色、感度低下を抑止することができる。
従来の縦方向分光構造を有する固体撮像素子の構成の一例を示す断面図である。 図１に示された固体撮像素子の分光感度特性を示す図である。 本開示を適用した縦方向分光構造を有する固体撮像素子の概略断面図である。 図３に示された固体撮像素子に対して期待できる分光感度特性を示す図である。 回折格子の回折条件を説明するための図である。 波動シミュレーションに採用した固体撮像素子の構成を示す図である。 入射光波長を460ｎｍとした場合の波動シミュレーション結果を示す図である。 入射光波長を640ｎｍとした場合の波動シミュレーション結果を示す図である。 感度向上率の周期依存性を示す図である。 入射光波長を640ｎｍとし、回折格子の周期を変更した場合の波動シミュレーション結果を示す図である。 同一画素における混色の指標を説明する図である。 第１ＰＤの厚さの変化に対する感度の変化を示す図である。 第１ＰＤの厚さの変化に対する混色の指標の変化を示す図である。 本開示の実施の形態である固体撮像素子の第１の構成例を示す断面図である。 本開示の実施の形態である固体撮像素子の第２の構成例を示す断面図である。 本開示の実施の形態である固体撮像素子の第３の構成例を示す断面図である。 図１６に示された固体撮像素子の第３の構成例の製造工程を示す図である。 表面プラズモン共鳴の原理を説明する図である。 本開示の実施の形態である固体撮像素子の第４の構成例を示す断面図である。 本開示の実施の形態である固体撮像素子の第５の構成例を示す断面図である。 固体撮像素子の使用例を示す図である。
　以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜本実施の形態の概要＞
　図３は、本開示を適用した縦方向分光構造を有する固体撮像素子の概略断面図である。
　この固体撮像素子は、光に入射面側から順に、回折格子１１、第１ＰＤ１２、および第２ＰＤ１３が縦方向に積層されて構成される。なお、図示は省略されているが、回折格子１１の上面側には、入射光を画素中央付近に集光させるオンチップレンズが形成されており、また、回折格子１１とオンチップレンズの間には、入射光のＧ(Green)成分を吸収して電荷に変換する有機光電変換膜が形成されているものとする。
　回折格子１１は、入射光のうち、回折格子１１を構成する散乱体の配置の周期ｗに応じた所定の波長の光を水平方向（横方向）に回折させる。その他の波長の光は回折させることなく透過させる。回折格子１１は、第１ＰＤ１２にて吸収させる波長の光を回折させ、第２ＰＤ１３にて吸収させる波長の光については透過させるように、その周期ｗが設定されている。
　第１ＰＤ１２は、Ｂ(blue)成分などの短波長光を吸収して電荷に変換する。第２ＰＤ１３は、Ｒ(Red)成分などの長波長光を吸収して電荷に変換する。なお、第１ＰＤ１２の層の厚さは、従来に比較して薄く形成するようにする。
　この固体撮像素子においては、光が入射されるとそのＢ成分が回折格子１１により横方向に回折され、第１ＰＤ１２にて吸収されて電荷に変換される。このとき、Ｂ成分は第１ＰＤ１２が延伸されている方向に進むので、第２ＰＤ１３に漏れ出すことない。また、第１ＰＤ１２におけるＢ成分の光路長は層の厚さに比較して長くなるので、Ｂ成分を効率的に第１ＰＤ１２にて吸収させることができる。ただし、この図示は省略するが、隣接画素への混色を避けるために、画素と画素の境界に、反射板または光を吸収する膜を設けて、漏れ光を遮断してもよい。
　一方、入射光のうちの回折格子１１にて回折されなかったＲ成分は第１ＰＤ１２を透過し、第２ＰＤ１３にて吸収されて電荷に変換される。なお、Ｒ成分が第１ＰＤ１２を透過する際の光路長（すなわち、第１ＰＤ１２の層の厚さ）は従来に比較して短くなっているので、第１ＰＤ１２におけるＲ成分の吸収量を減少させることができる。
　図４は、図３に示された固体撮像素子に期待できる分光感度特性を示している。すなわち、同図の曲線Ｇは図示せぬ有機光電変換膜に、曲線Ｂは第１ＰＤ１２に、曲線Ｒは第２ＰＤ１３に対して期待される分光特性をそれぞれ示している。
　図４に示されるように、図３に示された固体撮像素子では、曲線Ｂが示すように、第１ＰＤ１２によるＢ成分に対する感度が上昇することとＲ成分(550ｎｍから700ｎｍ付近)の吸収の減少が期待できる。同様に、曲線Ｒが示すように、第２ＰＤ１３によるＲ成分に対する感度が上昇することとＢ成分(400ｎｍから550ｎｍ付近)の吸収の減少が期待できる。
　＜回折格子による作用について＞
　次に、回折格子による作用について説明する。
　図５は、回折格子の一例を示している、この回折格子を構成する複数の散乱体は、周期ｗで配置されており、入射光は角度αで入射するものとする。この場合、複数の散乱光により干渉が生じるが、同図に示されるように、入射する側では、近接した２本の光線の光路差はｗ・sinαとなり、射出する側では、光路差はｗ・sinβとなる。したがって、干渉によって強め合う条件は、射出する側でマイナスβ側も考慮して次式（１）となる。
　ｗ・（sinα±sinβ）＝ｍ・λ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　ここで、ｍは回折次数であって０以上の整数、λは媒質中の波長である。真空中の波長をλ0とした場合、媒質中の波長λはλ0／ｎとなる。ここでｎは媒質の屈折率である。
　なお、固体撮像素子の場合、光はほぼ垂直に入射するので角α≒０°となる。また入射光を回折して横方向に進行させるためには角β≒９０°となる。回折次数ｍは、０次の場合には透過光のみで垂直に直進するが、１次以上の次数で回折が生じる。このとき回折効率が最も高い次数は１次のとき（ｍ＝１）となる。したがって、これらの値を式（１）に適用すれば、式（１）は次式（２）に書き換えることができる。
　ｗ≒λ0／ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　媒質となる半導体をSiと仮定した場合、Ｓｉにおける波長400から500ｎｍの光の屈折率ｎは４から５の範囲となるので、式（２）を満たすためには、周期ｗ＝100から200ｎｍとなる。
　次に、回折格子の効果について、FDTD法(Finite-difference time-domain method)の波動シミュレーションを用いて説明する。
　図６は、波動シミュレーションに採用した固体撮像素子の構成例を示している。同図Ａは、Ｓｉ基板内に第１ＰＤ１２および第２ＰＤ１３を積層して回折格子１１を設けていない従来の構成例である。同図Ｂは、Ｓｉ基板内に第１ＰＤ１２および第２ＰＤ１３を積層し、第２ＰＤ１３上に回折格子１１を設けた、本開示を適用した構成例である。なお、第１ＰＤ１２は、Ｂ成分などの短波長光を吸収するもの、第２ＰＤ１３は、Ｒ成分などの長波長光を吸収するものとする。
　波動シミュレーションは、入射光の波長を460nm（Ｂ成分）と640nm（Ｒ成分）とし、回折格子１１の周期ｗを0.1から0.18μｍ（100から180ｎｍ）とし、溝の深さｄを0.1μｍとしている。
　図７は、入射光の波長を460ｎｍとした場合のシミュレーション結果を示している。同図Ａは回折格子１１が設けられていない場合、同図Ｂは回折格子１１が設けられている場合である。なお、第１ＰＤ１２の層の厚さは0.6μｍ、回折格子１１の周期ｗは0.13μｍである。
　同様に、図８は、入射光の波長を640ｎｍとした場合のシミュレーション結果を示している。同図Ａは回折格子１１が設けられていない場合、同図Ｂは回折格子１１が設けられている場合である。なお、第１ＰＤ１２の層の厚さは0.6μｍ、回折格子１１の周期ｗは0.13μｍである。
　図７のＡおよび図８のＡに示された結果から、回折格子１１が設けられていない場合には、Ｂ成分、Ｒ成分はともにＳｉ基板中で垂直方向に直進していることがわかる。これに対して、回折格子１１が設けられている場合には、図７のＢおよび図８のＢに示された結果から、Ｂ成分は回折されて第１ＰＤ１２内を横方向に進行していることがわかり、Ｒ成分は垂直方向に直進していることがわかる。これはＢ成分に対しては回折条件が満たされており、Ｒ成分に対しては回折条件が満たされていないことによる。なお、Ｂ成分の場合、吸収係数が大きいため、横方向に進行しても隣接画素への混色の影響は小さい。ただし、この図示は省略するが、隣接画素への混色を避けるために、画素と画素の境界に、反射板または光を吸収する膜を設けて、漏れ光を遮断してもよい。
　次に、図９は、回折格子１１の周期ｗを変更した場合における第１ＰＤ１２（曲線Ｂ）と、第２ＰＤ１３（曲線Ｒ）の光吸収の感度向上率を示している。なお、感度向上率は、回折格子１１が設けられていない場合を１としている。なお、同図の場合、回折格子１１はｘｙ方向に設けられているものとする。
　同図に示されるように、回折格子１１を設けた場合、Ｂ成分を吸収する第１ＰＤ１２において感度が顕著に向上しており、特に、周期ｗ＝0.13μmのときに第１ＰＤ１２の感度が最大となり、感度が約１７%向上していることがわかる。これは回折格子１１による回折によってＢ成分が横方向に進行するため、光路長が長くなったことによるものと考えられる。一方、Ｒ成分については回折せずに垂直方向に進むため、周期ｗ＝0.13μmでも感度の顕著な変化はない。
　ところで、回折格子１１の周期ｗを長くするとＲ成分でも回折が生じることが分かっている。しかしながら、ＰＤを成すＳｉ材料にとってＲ成分の吸収係数が小さいため、横方向に進行させると隣接画素への混色が生じて画質に悪影響を及ぼすことになる。したがって、回折格子１１の周期ｗには適切な範囲を設ける必要がある。
　次に、回折格子１１の周期ｗの最適な範囲について説明する。図１０は、入射光の波長を640ｎｍとし、回折格子１１の周期ｗを0.1から0.18μｍまで変化させたときの波動シミュレーション結果を示しており、同図Ａから同図Ｈまでは0.01μｍずつ周期ｗを大きくしている。
　同図から明らかなように、周期ｗが0.1から0.16μｍまでの範囲では、Ｒ成分が横方向にほとんど回折していないことが分かり、周期ｗが0.18μｍのときにＲ成分が横方向に回折していることがわかる。したがって、Ｒ成分を隣接画素に混色させないための周期ｗの最適な範囲は0.1から0.16μｍといえる。
　次に、同一画素内における混色について図１１を参照して説明する、
　図１１のＡは、同一画素内における混色の指標の定義に用いる値Ｂ，ΔＢ，ＲおよびΔＲを示している。すなわち、同図Ａに示されるように、値Ｂは第１ＰＤ１２の波長460ｎｍの光に対する感度、値ΔＢは第１ＰＤ１２の波長640ｎｍの光に対する感度、値Ｒは第２ＰＤ１３の波長640ｎｍの光に対する感度、値ΔＲは第２ＰＤ１３の波長460ｎｍの光に対する感度である。以下、値ΔＢ／Ｂを第１ＰＤ１２における混色の指標、値ΔＲ／Ｒを第２ＰＤ１３における混色の指標として定義する。
　このように、混色の指標として定義することにより、定量的に混色評価が可能となる。ところで、色補正演算の信号処理を考えた場合、マトリック係数の絶対値をなるべく小さい値にすることで演算後のノイズ伝播が小さく、SN比の劣化を低く抑えられる。そのためには、分光特性を理想分光に近づけることが相応しく、この指標が分光形状を表していることからも妥当な指標となる。
　図１１のＢは、左側が図６のＡに示された回折格子１１が設けられていない場合、右側が図６のＢに示された回折格子１１（周期ｗは0.13μｍとする）が設けられている場合における混色の指標ΔＢ／Ｂ，ΔＲ／Ｒを示している。
　図１１のＢから明らかなように、回折格子１１が設けられていない場合に比較して、回折格子１１が設けられている場合は、指標ΔＢ／ＢとΔＲ／Ｒがともに減少している。これは混色が減少していることを意味する。指標ΔＢ／Ｂが減少している理由としては、第１ＰＤ１２における波長460ｎｍの光の吸収が増して、指標ΔＢ／Ｂの分母である値Ｂが増加しているためと考えられる。指標ΔＲ／Ｒが減少している理由としては、第２ＰＤ１３に到達する波長460ｎｍの光が減少し、その第２ＰＤ１３における吸収が減って、指標ΔＲ／Ｒの分子である値ΔＲが減少しているためと考えられる。
　以上結果から、回折格子１１を設けることにより、同一画素内における混色を減少できることがわかる。これにより、色補正演算の信号処理後のノイズ伝播を小さくし、SN比の劣化を抑えることができる。
　＜第１ＰＤ１２の薄層化＞
　次に、第１ＰＤ１２の層の厚さを薄くすることの効果について説明する。
　図１２は、第１ＰＤ１２の層の厚さを0.4から0.6μｍの範囲で変化させた場合に対する、第２ＰＤ１３におけるＲ成分（波長640ｎｍ）に対する感度を示している。図１３は、第１ＰＤ１２の層の厚さを0.4から0.6μｍの範囲で変化させた場合に対する、第１ＰＤ１２の混色の指標ΔＢ／Ｂを示している。なお、図１２および図１３における回折格子１１の周期ｗは0.13μｍである。
　図１２および図１３から明らかなように、第１ＰＤ１２の層の厚さが薄くなるほど、第２ＰＤ１３のＲ成分に対する感度が上昇して、かつ、第１ＰＤ１２の混色の指標ΔＢ／Ｂが減少することがわかる。これはＲ成分が第１ＰＤ１２を透過する際の光路長が短くなって吸収が減り、かつ、その分だけ第２ＰＤ１３におけるＲ成分の吸収が増加したためと考えられる。したがって、回折格子１１を設け、さらに、第１ＰＤ１２の層の厚さを薄く形成することにより、さらに分光感度特性の改善が期待できる。
　＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第１の構成例＞
　次に、図１４は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第１の構成例を示している。
　この固体撮像素子２０は、光の入射側から順に、オンチップレンズ(OCL)２１、有機光電変換膜２２、回折格子２３、第１ＰＤ(B-PD)２４、および第２ＰＤ（R-PD）２５が積層されて構成される。なお、有機光電変換膜２２、第１ＰＤ２４、および第２ＰＤ２５のそれぞれには電極が設けられているが、その詳述は省略する。
　オンチップレンズ２１は、入射光を画素中央付近に集光させる。有機光電変換膜２２は、入射光のＧ成分の光を吸収して電荷に変換する。回折格子２３は、有機光電変換膜２２を透過した入射光のうちのＢ成分を横方向に回折させ、その他の成分を直進させる。なお、回折格子２３の周期ｗは0.1から0.16μｍの範囲、例えば0.13μｍ（130ｎｍ）とし、溝の深さｄは例えば100ｎｍとする。
　第１ＰＤ２４は、回折格子２３によって回折されたＢ成分を吸収して電荷に変換する。なお、第１ＰＤ２４の層の厚さは0.6μｍ以下の例えば0.5μｍで形成する。第２ＰＤ２５は、第１ＰＤ２４を透過した入射光のＲ成分を吸収して電荷に変換する。第２ＰＤ２５の層の厚さは例えば2.5μｍで形成する。
　固体撮像素子２０においては、オンチップレンズ２１により入射光が画素中央付近に集光され、はじめに、有機光電変換膜２２によって入射光のＧ成分の光が吸収されて電荷に変換される。次に、回折格子２３により、有機光電変換膜２２を透過した入射光のＢ成分が横方向に回折されて、第１ＰＤ２４により吸収されて電荷に変換される。回折格子２３によって回折されずに直進した入射光のＲ成分は第２ＰＤ２５により吸収されて電荷に変換される。ただし、この図示は省略するが、隣接画素への混色を避けるために、画素と画素の境界に、反射板または光を吸収する膜を設けて、漏れ光を遮断してもよい。
　固体撮像素子２０においては、適切な周期で散乱体が配置されている回折格子２３を設け、さらに、薄層化された第１ＰＤ２４が形成されているので、構造的に避けられない画素毎の混色を抑止することができ、かつ、各色成分の感度低下が抑止される。また、固体撮像素子２０の画素毎の光感度特性が理想分光に近づくので、固体撮像素子２０の後段における色補正演算のマトリックス係数が低く抑えられ、その結果、SN比の劣化が抑えられた高画質の画像を得ることができる。
　＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第２の構成例＞
　次に、図１５は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第２の構成例を示している。
　この固体撮像素子３０は、同図Ａに示されるように、Ｂ成分とＲ成分の画素信号を同時に出力する第１画素３０Ａと、Ｇ成分の画素信号を出力する第２画素３０Ｂが市松模様状に配置されている。
　また、同図Ｂに示されるように、第１画素３０Ａは、光の入射側から順に、オンチップレンズ３１、マゼンタで着色されたオンチップカラーフィルタ(OCCF)３２Ｍ、回折格子３３、第１ＰＤ(B-PD)３４、第２ＰＤ(R-PD)３５が積層されて構成される。第２画素３０Ｂは、光の入射側から順に、オンチップレンズ３１、Ｇ(Green)で着色されたオンチップカラーフィルタ３２Ｇ、および第３ＰＤ(G-PD)３６が積層されて構成される。
　なお、第１ＰＤ３４、第２ＰＤ３５、および第３ＰＤ３６のそれぞれには電極が設けられているが、その詳述は省略する。
　オンチップレンズ３１は、入射光を画素中央付近に集光させる。オンチップカラーフィルタ３２は、画素単位でマゼンタまたはＧに着色されている。回折格子３３は、オンチップカラーフィルタ３２Ｍを透過した入射光のうちのＢ成分を横方向に回折させ、その他の成分を直進させる。なお、回折格子３３の周期ｗは0.1から0.16μｍの範囲、例えば0.13μｍ（130ｎｍ）とし、溝の深さｄは例えば100ｎｍとする。
　第１ＰＤ３４は、回折格子３３によって回折されたＢ成分を吸収して電荷に変換する。なお、第１ＰＤ３４の層の厚さは0.6μｍ以下、例えば、0.5μｍで形成する。第２ＰＤ３５は、第１ＰＤ３４を透過した入射光のＲ成分を吸収して電荷に変換する。第２ＰＤ３５の層の厚さは、例えば、2.5μｍで形成する。第３ＰＤ３６は、オンチップカラーフィルタ３２Ｇを透過した入射光のうちのＧ成分を吸収して電荷に変換する。
　固体撮像素子３０の第１画素３０Ａにおいては、オンチップレンズ３１により入射光が画素中央付近に集光され、オンチップカラーフィルタ３２Ｍを透過した入射光のＢ成分が、回折格子３３によって横方向に回折されて第１ＰＤ３４に吸収されて電荷に変換される。回折格子３３によって回折されずに直進した入射光のＲ成分は第２ＰＤ３５により吸収されて電荷に変換される。ただし、この図示は省略するが、隣接画素への混色を避けるために、画素と画素の境界に、反射板または光を吸収する膜を設けて、漏れ光を遮断してもよい。
　一方、第２画素３０Ｂにおいては、オンチップレンズ３１により入射光が画素中央付近に集光され、オンチップカラーフィルタ３２Ｇを透過した入射光のＧ成分が第３ＰＤ３６により吸収されて電荷に変換される。
　固体撮像素子３０の第１画素３０Ａにおいては、適切な周期で散乱体が配置されている回折格子３３を設け、さらに、薄層化された第１ＰＤ３４が形成されているので、構造的に避けられない画素毎の混色を抑止することができ、かつ、各色成分の感度低下が抑止される。また、固体撮像素子３０の画素毎の光感度特性が理想分光に近づくので、固体撮像素子３０の後段における色補正演算のマトリックス係数が低く抑えられ、その結果、SN比の劣化が抑えられた高画質の画像を得ることができる。
　＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第３の構成例＞
　次に、図１６は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第３の構成例を示している。
　この固体撮像素子４０は、光の入射側から順に、オンチップレンズ４１、Ｂ用回折格子４２、第１ＰＤ(B-PD)４３、Ｇ用回折格子４４、第２ＰＤ(G-PD)４５、および第３ＰＤ(R-PD)４６が積層されて構成される。
　なお、第１ＰＤ４３、第２ＰＤ４５、および第３ＰＤ４６のそれぞれには電極が設けられているが、その詳述は省略する。
　オンチップレンズ４１は、入射光を画素中央付近に集光させる。Ｂ用回折格子４２は、入射光のうちのＢ成分を横方向に回折させ、その他の成分を直進させる。なお、Ｂ用回折格子４２の周期ｗは0.1から0.16μｍの範囲、例えば0.13μｍ（130ｎｍ）とし、溝の深さｄは例えば100ｎｍとする。第１ＰＤ４３は、Ｂ用回折格子３３によって回折されたＢ成分を吸収して電荷に変換する。なお、第１ＰＤ４３の層の厚さは0.6μｍ以下、例えば0.5μｍで形成する。
　Ｇ用回折格子４４は、入射光のうちのＧ成分を横方向に回折させ、その他の成分を直進させる。なお、Ｇ用回折格子４４の周期ｗは0.1から0.16μｍの範囲、例えば0.15μｍ（150ｎｍ）とし、溝の深さｄは例えば100ｎｍとする。第２ＰＤ４５は、Ｇ用回折格子４４によって回折されたＧ成分を吸収して電荷に変換する。第２ＰＤ４５の層の厚さは例えば1.8μｍで形成する。
　第３ＰＤ４６は、第１ＰＤ４３および第２ＰＤ４５を透過した入射光のＲ成分を吸収して電荷に変換する。第３ＰＤ４６の層の厚さは例えば2.6μｍで形成する。
　固体撮像素子４０においては、オンチップレンズ４１により入射光が画素中央付近に集光され、そのＢ成分がＢ用回折格子４２によって横方向に回折されて第１ＰＤ３４に吸収されて電荷に変換される。回折格子３３によって回折されずに直進した入射光は、そのＧ成分がＧ用回折格子４４によって横方向に回折されて第２ＰＤ４５に吸収されて電荷に変換される。さらに、第１ＰＤ４３および第２ＰＤ４５を透過した入射光のＲ成分は第３ＰＤ４６により吸収されて電荷に変換される。ただし、この図示は省略するが、隣接画素への混色を避けるために、画素と画素の境界に、反射板または光を吸収する膜を設けて、漏れ光を遮断してもよい。
　固体撮像素子４０においては、適切な周期で散乱体が配置されているＢ用回折格子４２およびＧ用回折格子４４を設け、さらに、薄層化された第１ＰＤ４３および第２ＰＤ４５が形成されているので、構造的に避けられない画素毎の混色を抑止することができ、かつ、各色成分の感度低下が抑止される。また、固体撮像素子４０の画素毎の光感度特性が理想分光に近づくので、固体撮像素子４０の後段における色補正演算のマトリックス係数が低く抑えられ、その結果、SN比の劣化が抑えられた高画質の画像を得ることができる。
　次に、固体撮像素子４０の製造工程について説明する。図１７は、固体撮像素子４０の製造工程を示している。
　Ｓｉ基板中に第３ＰＤ４６および第２ＰＤ４５を形成する。具体的には、Ｓｉ基板に対してイオン注入によりｎ型（またはｐ型）不純物をドーピングし、アニール処理によって不純物を活性化させか、または、Ｓｉエピタキシャル成長時にｎ型（またはｐ型）不純物をドーピングすることにより、第３ＰＤ４６および第２ＰＤ４５を形成する。ｎ型不純物としては、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉなどを採用できる。ｐ型不純物としては、Ｂ，Ｉｎなどを採用できる。
　次に、第２ＰＤ４５の最表面にＧ用回折格子４４を形成する。具体的には、Ｓｉよりも屈折率が低い無機材料（酸化物、窒化物等）の膜の上にリソグラフィ技術によってレジスト膜を等間隔で付けた後、ドライエッチング加工で周期的にＧ用回折格子４４を形成する。なお、この後、さらに化学的エッチングで表面のダメージ層を除去し、かつ、テーパー形状にしてもよい。
　次に、Ｇ用回折格子４４をp-Si（またはn-Si）を選択成長させることで埋め込んだ後、第２ＰＤ４５などと同様に第１ＰＤ４３を形成する。次に、第１ＰＤ４３の上部にＢ用回折格子４２を形成する。具体的には、リソグラフィによってレジスト膜を等間隔で付けた後、ドライエッチング加工でＢ用回折格子４２となる凹凸を形成する。最後に貫通電極を形成する。
　なお、固体撮像素子２０および３０については製造工程の説明を省略したが、上述した固体撮像素子４０の製造工程と同様の方法で製造することができる。
　＜変形例＞
　上述した固体撮像素子の第１乃至第３の構成例では、入射光のうちの所定の波長の光を回折格子によって回折させるようにした。
　以下に説明する変形例では、回折格子の代わりに、金属のナノ粒子やナノワイヤを配置することによって発生する表面プラズモン共鳴（surface plasmon resonance：SPR）により、入射光のうちの所定の波長の光を横方向に曲げるようにしている。
　ここで、表面プラズモン共鳴について説明する。図１８は、表面プラズモン共鳴の原理を示している。
　同図に示されるように、Ｓｉ表面に金属のナノ粒子（または金属ナノワイヤ）を配置させた場合、表面プラズモン共鳴が発生する。金属ナノ粒子においては、光電場とプラズモンがカップリングして光吸収が起こり、局所的に著しく増強された電場が発生する。このとき、光エネルギが表面プラズモンに変換され、これが金属表面または金属表面間を伝播し、光の横方向への進行が可能となる。さらに、この電場は、近接場光としてＳｉ表面から吸収が可能となる。例えば、Ｂ成分の光に共鳴する金属材料としては銀、Ｇ成分の光がに共鳴する材料としては金を挙げることができる。
　＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第４の構成例＞
　図１９は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第４の構成例を示している。この固体撮像素子５０は、図１４に示された固体撮像素子２０の変形例であり、固体撮像素子２０における回折格子２３を直径100ｎｍ以下の銀ナノ粒子（銀ナノワイヤでもよい）５１に置換したものである。その他の構成要素については、固体撮像素子２０の構成要素と同一の符号を付しているので、その説明は省略する。
　銀ナノ粒子５１の形成については、例えば予め有機の液体にコロイド状に銀ナノ粒子を分散させておき、それを第１ＰＤ２４の最表面にスピンコートによって塗布するか、または、真空蒸着で銀ナノ粒子を付着させればよい。なお、銀ナノ粒子５１の配置は、必ずしもＳｉ表面ではなく、暗電流を減らすため、Ｓｉ表面の近傍であればよい。この場合、近接場光がＳｉに届く範囲、例えばＳｉ表面から300ｎｍ以下の距離に配置すればよい。
　固体撮像素子５０においては、銀ナノ粒子５１により、Ｂ成分の光に応じて表面プラズモンが発生して、Ｂ成分は横方向に伝播し、その他の成分については直進する。したがって、固体撮像素子２０と同様の作用、効果を得ることができる。
　＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第５の構成例＞
　図２０は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第５の構成例を示している。この固体撮像素子６０は、図１５に示された固体撮像素子３０の変形例であり、固体撮像素子３０の第１画素３０Ａにおける回折格子３３を直径100ｎｍ以下の銀ナノ粒子（銀ナノワイヤでもよい）６１に置換したものである。その他の構成要素については、固体撮像素子３０の構成要素と同一の符号を付しているので、その説明は省略する。
　銀ナノ粒子６１の形成については、固体撮像素子５０における銀ナノ粒子５１の形成と同様なので、その説明は省略する。
　固体撮像素子６０においては、銀ナノ粒子６１により、Ｂ成分の光に応じて表面プラズモンが発生して、Ｂ成分は横方向に伝播し、その他の成分については直進する。したがって、固体撮像素子５０と同様の作用、効果を得ることができる。
　＜固体撮像素子の使用例＞
　図２１は、上述の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
　上述した固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子において、
　前記縦方向分光構造画素は、
　　入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、
　　前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、
　　前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える
　固体撮像素子。
（２）
　前記第１の分光部は、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を、前記第１の光電変換部の延伸方向に曲げる
　前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
　前記第１の分光部は、前記入射光の前記第１の波長以外の光の進行方向を変えずに直進させる
　前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
　前記第１の分光部は、回折格子である
　前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
　前記第１の分光部は、金属ナノ粒子または金属ナノワイヤである
　前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
　前記第１の光電変換部の層の厚さは、前記第２の光電変換部の操作の厚さに比較して薄く形成されている
　前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
　前記縦方向分光構造画素は、
　　入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部をさらに備え、
　前記第１の光電変換部は、前記第３の光電変換部を透過し、前記第１の分光部によって進行方向が曲げられた前記第１の波長の光に応じて電荷を発生し、
　前記第２の光電変換部は、前記第３の光電変換部、前記第１の分光部、および前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第２の波長の光に応じて電荷を発生する
　前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
　前記第１および第２の光電変換部は、ＰＤであり、
　前記第３の光電変換部は、有機光電変換膜である
　前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
　入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部を備える非縦方向分光構造画素をさらに含む
　前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
　前記第１乃至第３の光電変換部は、ＰＤである
　前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
　前記非縦方向分光構造画素は、
　　前記第３の光電変換部の上面に前記第３の波長の光のみを透過するカラーフィルタをさらに備え、
　前記縦方向分光構造画素は、
　　前記第１の分光部の上面に前記第１および第２の波長の光のみを透過するカラーフィルタをさらに備える
　前記（９）または（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）
　前記縦方向分光構造画素は、
　　入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部と、
　　前記第３の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第３の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第２の分光部とをさらに備え、
　前記第３の光電変換部は、前記第１の分光部、および前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第３の波長の光に応じて電荷を発生し、
　前記第２の光電変換部は、前記第１の分光部、前記第１の光電変換部、前記第２の分光部、および前記第３の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第２の波長の光に応じて電荷を発生する
　前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
　前記第２の分光部は、回折格子、金属ナノ粒子、または金属ナノワイヤである
　前記（１２）に記載の固体撮像素子。
（１４）
　前記第１乃至第３の光電変換部は、ＰＤである
　前記（１２）に記載の固体撮像素子。
（１５）
　前記縦方向分光構造画素は、
　　前記入射光を前記縦方向分光構造画素の中央付近に集光させる集光部をさらに備える
　前記（１）から（１４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１６）
　前記第１の波長の光は、Ｂ成分の光であり、
　前記第２の波長の光は、Ｒ成分の光であり、
　前記第３の波長の光は、Ｇ成分の光である
　前記（７）から（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）
　複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子が搭載された電子装置において、
　前記縦方向分光構造画素は、
　　入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、
　　前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、
　　前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える
　電子装置。
　１１　回折格子，　１２　第１ＰＤ，　１３　第２ＰＤ，　２０　固体撮像素子，　２１　オンチップレンズ，　２２　有機光電変換膜，　２３　回折格子，　２４　第１ＰＤ，　２５　第２ＰＤ，　３０　固体撮像素子，　３０Ａ　第１画素，　３０Ｂ　第２画素，　３１　オンチップレンズ，　３２　オンチップカラーフィルタ，　３３　回折格子，　３４　第１ＰＤ，　３５　第２ＰＤ，　３６　第３ＰＤ，　４０　固体撮像素子，　４１　オンチップレンズ，　４２　Ｂ用回折格子，　４３　第２ＰＤ，　４４　Ｇ用回折格子，　４５　第２ＰＤ，　４６　第３ＰＤ，　５０　固体撮像素子，　５１　銀ナノ粒子，　６０　固体撮像素子，　６１　銀ナノ粒子

Claims (17)

  1. 　複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子において、
    　前記縦方向分光構造画素は、
    　　入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、
    　　前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、
    　　前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える
    　固体撮像素子。
  2. 　前記第１の分光部は、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を、前記第１の光電変換部の延伸方向に曲げる
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記第１の分光部は、前記入射光の前記第１の波長以外の光の進行方向を変えずに直進させる
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記第１の分光部は、回折格子である
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記第１の分光部は、金属ナノ粒子または金属ナノワイヤである
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記第１の光電変換部の層の厚さは、前記第２の光電変換部の操作の厚さに比較して薄く形成されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記縦方向分光構造画素は、
    　　入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部をさらに備え、
    　前記第１の光電変換部は、前記第３の光電変換部を透過し、前記第１の分光部によって進行方向が曲げられた前記第１の波長の光に応じて電荷を発生し、
    　前記第２の光電変換部は、前記第３の光電変換部、前記第１の分光部、および前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第２の波長の光に応じて電荷を発生する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記第１および第２の光電変換部は、ＰＤであり、
    　前記第３の光電変換部は、有機光電変換膜である
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 　入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部を備える非縦方向分光構造画素をさらに含む
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記第１乃至第３の光電変換部は、ＰＤである
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記非縦方向分光構造画素は、
    　　前記第３の光電変換部の上面に前記第３の波長の光のみを透過するカラーフィルタをさらに備え、
    　前記縦方向分光構造画素は、
    　　前記第１の分光部の上面に前記第１および第２の波長の光のみを透過するカラーフィルタをさらに備える
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記縦方向分光構造画素は、
    　　入射光のうちの第３の波長の光に応じて電荷を発生する第３の光電変換部と、
    　　前記第３の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第３の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第２の分光部とをさらに備え、
    　前記第３の光電変換部は、前記第１の分光部、および前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第３の波長の光に応じて電荷を発生し、
    　前記第２の光電変換部は、前記第１の分光部、前記第１の光電変換部、前記第２の分光部、および前記第３の光電変換部を透過した前記入射光のうちの前記第２の波長の光に応じて電荷を発生する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  13. 　前記第２の分光部は、回折格子、金属ナノ粒子、または金属ナノワイヤである
    　請求項１２に記載の固体撮像素子。
  14. 　前記第１乃至第３の光電変換部は、ＰＤである
    　請求項１２に記載の固体撮像素子。
  15. 　前記縦方向分光構造画素は、
    　　前記入射光を前記縦方向分光構造画素の中央付近に集光させる集光部をさらに備える
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  16. 　前記第１の波長の光は、Ｂ成分の光であり、
    　前記第２の波長の光は、Ｒ成分の光であり、
    　前記第３の波長の光は、Ｇ成分の光である
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  17. 　複数の光電変換部が積層された縦方向分光構造画素を含む固体撮像素子が搭載された電子装置において、
    　前記縦方向分光構造画素は、
    　　入射光のうちの第１の波長の光に応じて電荷を発生する第１の光電変換部と、
    　　前記第１の光電変換部を透過した前記入射光のうちの第２の波長の光に応じて電荷を発生する第２の光電変換部と、
    　　前記第１の光電変換部の上面に形成された、前記入射光の前記第１の波長の光の進行方向を横方向に曲げる第１の分光部とを備える
    　電子装置。
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