WO2023013261A1 - 固体撮像素子および電子機器 - Google Patents

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WO2023013261A1
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    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8063—Microlenses
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8067—Reflectors

Definitions

  • the present disclosure relates to solid-state imaging devices and electronic devices.
  • the present disclosure proposes a solid-state imaging device and an electronic device capable of improving image quality.
  • a solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion units, an on-chip lens, a prism unit, and a plurality of color splitters.
  • a plurality of photoelectric conversion units are arranged in a matrix in the semiconductor layer.
  • the on-chip lens is arranged closer to the light incident side than the semiconductor layer so as to be shared by the plurality of photoelectric conversion units.
  • a prism unit is arranged between the on-chip lens and the plurality of photoelectric conversion units.
  • a plurality of color splitters are arranged between the prism section and the plurality of photoelectric conversion sections.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a schematic configuration example of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a pixel array section according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of a photodiode group according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of a color splitter according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing an incident state of incident light in a pixel array section according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a pixel array section according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a plan view showing the configuration of a photodiode group according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a diagram showing an incident state of incident light in a pixel array section according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a pixel array section and the incident state of incident light according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a photodiode group according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pixel array section and the incident state of incident light according to Modification 3 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a pixel array section according to Modification 4 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a pixel array section according to Modification 5 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a pixel array section and the incident state of incident light according to Modification 6 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing the structure of a pixel array section according to Modification 7 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 20 is a plan view showing an example of arrangement of a plurality of photodiode groups according to Modification 8 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 21 is a plan view showing an example of arrangement of a plurality of photodiode groups according to Modification 9 of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 21 is a plan view showing an example of the arrangement of a plurality of photodiode groups according to Modification 10 of the embodiment of the present disclosure
  • 1 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device as an electronic device to which technology according to the present disclosure is applied;
  • a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light in one wavelength band is provided on the light incident side, and two photoelectric conversion units that photoelectrically convert light in two other wavelength bands are provided on the side opposite to the light incident side.
  • a solid-state imaging device is proposed.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a schematic configuration example of a solid-state imaging device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device 1 which is a CMOS image sensor, includes a pixel array section 10, a system control section 12, a vertical drive section 13, a column readout circuit section 14, a column signal processing section 15, A horizontal driving unit 16 and a signal processing unit 17 are provided.
  • pixel array section 10 system control section 12, vertical drive section 13, column readout circuit section 14, column signal processing section 15, horizontal drive section 16 and signal processing section 17 are on the same semiconductor substrate or are electrically connected. provided on a plurality of stacked semiconductor substrates.
  • the pixel array section 10 has photoelectric conversion elements (photodiodes PD1 to PD6 (see FIG. 2), etc.) capable of photoelectrically converting the amount of charge corresponding to the amount of incident light, accumulating it internally, and outputting it as a signal.
  • Effective unit pixels 11 are two-dimensionally arranged in a matrix. In addition, in the following description, the effective unit pixel 11 is also called "unit pixel 11".
  • the pixel array section 10 includes dummy unit pixels having a structure that does not have photodiodes PD1 to PD6, etc., and light-shielding units in which light from the outside is blocked by shielding the light-receiving surface. Pixels and the like may include regions arranged in rows and/or columns.
  • the light-shielding unit pixel may have the same configuration as the effective unit pixel 11 except that the light-receiving surface is light-shielded. Further, hereinafter, the photocharge having the amount of charge corresponding to the amount of incident light may be simply referred to as "charge”, and the unit pixel 11 may be simply referred to as "pixel".
  • a pixel driving line LD is formed along the left-right direction in the drawing (pixel arrangement direction of the pixel row) for each row with respect to the matrix-like pixel arrangement, and a vertical pixel wiring is formed for each column.
  • the LV is formed along the vertical direction in the drawing (the pixel arrangement direction of the pixel column).
  • One end of the pixel drive line LD is connected to an output terminal corresponding to each row of the vertical drive section 13 .
  • the column readout circuit section 14 includes at least a circuit that supplies a constant current for each column to the unit pixels 11 in the selected row in the pixel array section 10, a current mirror circuit, a changeover switch for the unit pixels 11 to be read out, and the like.
  • the column readout circuit section 14 forms an amplifier together with the transistors in the selected pixels in the pixel array section 10, converts the photoelectric charge signal into a voltage signal, and outputs the voltage signal to the vertical pixel wiring LV.
  • the vertical drive section 13 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each unit pixel 11 of the pixel array section 10 all pixels simultaneously or in units of rows.
  • the vertical drive section 13 has a readout scanning system and a sweeping scanning system or a batch sweeping and batch transfer system, although the specific configuration thereof is not shown.
  • the readout scanning system sequentially selectively scans the unit pixels 11 of the pixel array section 10 row by row in order to read out pixel signals from the unit pixels 11 .
  • sweep scanning is performed ahead of the readout scanning by the time of the shutter speed for the readout rows to be readout scanned by the readout scanning system.
  • the electronic shutter operation refers to the operation of discarding unnecessary photocharges accumulated in the photodiodes PD1 to PD6 until immediately before and starting new exposure (starting accumulation of photocharges).
  • the signal read out by the readout operation by the readout scanning system corresponds to the amount of incident light after the immediately preceding readout operation or the electronic shutter operation.
  • the period from the readout timing of the previous readout operation or the sweep timing of the electronic shutter operation to the readout timing of the current readout operation is the accumulation time (exposure time) of the photocharges in the unit pixel 11.
  • the time from batch sweeping to batch transfer is accumulation time (exposure time).
  • a pixel signal output from each unit pixel 11 in a pixel row selectively scanned by the vertical driving section 13 is supplied to the column signal processing section 15 through each vertical pixel wiring LV.
  • the column signal processing unit 15 performs predetermined signal processing on pixel signals output from each unit pixel 11 of a selected row through the vertical pixel wiring LV for each pixel column of the pixel array unit 10, and performs a predetermined signal processing on the pixel signals after the signal processing. Temporarily holds the pixel signal.
  • the column signal processing unit 15 performs at least noise removal processing, such as CDS (Correlated Double Sampling) processing, as signal processing.
  • CDS Correlated Double Sampling
  • the CDS processing by the column signal processing unit 15 removes pixel-specific fixed pattern noise such as reset noise and variations in the threshold value of the amplification transistor AMP.
  • the column signal processing unit 15 may be configured to have, for example, an AD conversion function other than noise removal processing, so that pixel signals are output as digital signals.
  • the horizontal driving section 16 includes a shift register, an address decoder, etc., and sequentially selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the column signal processing section 15 . Pixel signals processed by the column signal processing unit 15 are sequentially output to the signal processing unit 17 by selective scanning by the horizontal driving unit 16 .
  • the system control unit 12 includes a timing generator that generates various timing signals, and controls the vertical driving unit 13, the column signal processing unit 15, the horizontal driving unit 16, etc. based on the various timing signals generated by the timing generator. Drive control.
  • the solid-state imaging device 1 further includes a signal processing section 17 and a data storage section (not shown).
  • the signal processing unit 17 has at least an addition processing function, and performs various signal processing such as addition processing on the pixel signals output from the column signal processing unit 15 .
  • the data storage unit temporarily stores data required for signal processing in the signal processing unit 17 .
  • the signal processing unit 17 and the data storage unit may be processed by an external signal processing unit provided on a substrate different from the solid-state imaging device 1, such as a DSP (Digital Signal Processor) or software. 1 may be mounted on the same substrate.
  • DSP Digital Signal Processor
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the pixel array section 10 according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the photodiode group PDG according to the embodiment of the present disclosure. .
  • the pixel array section 10 includes a semiconductor layer 20, a color splitter layer 30, a prism layer 40, and a plurality of OCLs (on-chip lenses) 50.
  • a plurality of OCLs 50, a prism layer 40, a color splitter layer 30, and a semiconductor layer 20 are laminated in order from the side on which incident light L from the outside is incident (hereinafter also referred to as the light incident side). It is
  • the semiconductor layer 20 has a semiconductor region (not shown) of a first conductivity type (eg, P-type) and a plurality of semiconductor regions (not shown) of a second conductivity type (eg, N-type).
  • a plurality of semiconductor regions of the second conductivity type are formed in the semiconductor region of the first conductivity type so as to be aligned in the plane direction (arrangement direction of the pixels 11) in units of pixels, thereby forming the photodiodes PD1 to PD1 through the PN junction.
  • PDs 6 are formed side by side in this order along a given direction A1.
  • the photodiodes PD1 to PD6 are examples of photoelectric conversion units. In the following description, the photodiodes PD1 to PD6 are also collectively referred to as "photodiodes PD".
  • photodiodes PD1 to PD6 (hereinafter also referred to as "photodiode group PDG") to which the incident light L is incident via the same OCL 50, as shown in FIG.
  • Photodiodes PD1 to PD6 are provided respectively. That is, each pixel 11 is provided with a plurality of photodiodes PD1 to PD6.
  • a plurality of photodiodes PD1 to PD6 are arranged side by side along a given direction A2.
  • the direction A2 is a direction substantially perpendicular to the direction A1.
  • the photodiode PD1 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a violet wavelength range (hereinafter also referred to as “purple range”).
  • the photodiode PD2 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a blue wavelength range (hereinafter also referred to as “blue region”).
  • the photodiode PD3 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a green wavelength range (hereinafter also referred to as “green range”).
  • the photodiode PD4 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a yellow wavelength region (hereinafter also referred to as “yellow region”).
  • the photodiode PD5 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in an orange wavelength range (hereinafter also referred to as “orange region”).
  • the photodiode PD6 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a red wavelength range (hereinafter also referred to as “red region”).
  • a wiring layer (not shown) is arranged on the surface of the semiconductor layer 20 opposite to the light incident side.
  • Such a wiring layer is constructed by forming a plurality of wiring films (not shown) and a plurality of pixel transistors (not shown) in an interlayer insulating film (not shown).
  • Such a plurality of pixel transistors read out charges accumulated in the photodiodes PD1 to PD6, respectively.
  • a color splitter layer 30 is arranged on the light incident side surface of the semiconductor layer 20 .
  • the color splitter layer 30 has a low refractive index layer 31 and a plurality of high refractive index portions 32 .
  • the low refractive index layer 31 is composed of a material having a lower refractive index than the high refractive index portion 32.
  • Low refractive index layer 31 is made of, for example, metal oxide such as silicon oxide or aluminum oxide, or organic material such as acrylic resin.
  • a high refractive index portion 32 having a predetermined shape is provided inside the low refractive index layer 31 .
  • the high refractive index portion 32 is made of a material having a higher refractive index than the low refractive index layer 31 .
  • the high refractive index portion 32 is composed of, for example, silicon compounds such as silicon nitride and silicon carbide, metal oxides such as titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, hafnium oxide, indium oxide, and tin oxide, or composite oxides thereof. be done. Also, the high refractive index portion 32 may be composed of an organic substance such as siloxane.
  • color splitter CS1 In the color splitter layer 30, a plurality of color splitters CS1 each composed of a high refractive index portion 32 and a low refractive index layer 31 adjacent to the high refractive index portion 32 are arranged.
  • Such color splitter CS1 includes color splitter CS1a and color splitter CS1b.
  • the color splitter CS1a is arranged, for example, on the light incident side of the photodiode PD2.
  • Color splitter CS1b is arranged, for example, on the light incident side of photodiode PD5.
  • each pixel 11 is provided with a plurality of color splitters CS1a and CS1b (six in the drawing), and each of the plurality of color splitters CS1a and CS1b is provided with a given pixel. They are arranged side by side along the direction A2. The action of the color splitter CS1 will be described later.
  • a prism layer 40 is arranged on the light incident side surface of the color splitter layer 30 .
  • the prism layer 40 has a high refractive index layer 41 and a low refractive index layer 42 .
  • a low refractive index layer 42 and a high refractive index layer 41 are laminated in order from the light incident side.
  • the high refractive index layer 41 is composed of a material having a higher refractive index than the low refractive index layer 42.
  • High refractive index layer 41 is composed of, for example, silicon compounds such as silicon nitride and silicon carbide, metal oxides such as titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, hafnium oxide, indium oxide, and tin oxide, or composite oxides thereof. be done.
  • the high refractive index layer 41 may be composed of an organic material such as siloxane.
  • a convex portion 41a having a predetermined shape is provided on the surface of the high refractive index layer 41 on the light incident side.
  • the low refractive index layer 42 is composed of a material having a lower refractive index than the high refractive index layer 41.
  • Low refractive index layer 42 is composed of, for example, a metal oxide such as silicon oxide or aluminum oxide, or an organic material such as acrylic resin.
  • a prism portion P composed of a convex portion 41a of a high refractive index layer 41 and a low refractive index layer 42 adjacent to the convex portion 41a is arranged.
  • the action of the prism portion P and the like will be described later.
  • the OCL 50 is configured, for example, in a hemispherical shape and provided for each pixel 11 .
  • the OCL 50 is a lens that collects the incident light L onto the prism portion P of each pixel 11 .
  • the OCL 50 is made of, for example, an acrylic resin.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the color splitter CS1 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the color splitter CS1 has a first region R1 and a second region R2 in which the low refractive index layers 31 and the high refractive index portions 32 are arranged differently in the depth direction.
  • the low refractive index layer 31 having a low refractive index (for example, refractive index n1) is arranged along the light incident direction by the length X1.
  • a high refractive index portion 32 having a high refractive index (for example, refractive index n2) is arranged along the light incident direction by a length X2.
  • the difference in refractive index between the low refractive index layer 31 and the high refractive index portion 32 causes the first A difference occurs in the distance traveled by the incident light L between the region R1 and the second region R2.
  • the optical path length D1 of the first region R1 is obtained by the following formula (1).
  • D1 n1 ⁇ X1 (1)
  • optical path length D2 of the second region R2 is obtained by the following formula (2).
  • D2 n1 ⁇ (X1 ⁇ X2)+n2 ⁇ X2 (2)
  • the optical path length difference ⁇ D between the first region R1 and the second region R2 is obtained by the following formula (3).
  • the incident light L that has passed through the color splitter CS1 travels to the first region R1 with a delay due to the optical path length difference ⁇ D between the first region R1 and the second region R2, as shown in FIG. It bends to the side and is emitted.
  • the bending angle ⁇ of the incident light L can be obtained by the following formula (4).
  • the bending angle ⁇ of the incident light L depends on the wavelength ⁇ of the incident light L, as shown in the above formula (4). Therefore, by appropriately selecting the refractive indices n1 and n2 of the low refractive index layer 31 and the high refractive index portion 32 according to the respective wavelength ranges, the color splitter CS1 can direct the light of the respective wavelength ranges to desired different directions. can be bent to
  • FIG. 5 is a diagram showing the incident state of the incident light L in the pixel array section 10 according to the embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 5, incident light L having all wavelengths in the visible region is collected by the OCL 50 and reaches the prism portion P by the prism layer 40 .
  • the prism unit P divides the incident light L into light L1 in a short wavelength range (for example, a wavelength range from purple to green) and light L2 in a long wavelength range (for example, a wavelength range from yellow to red).
  • the prism part P bends the light L1 in the short wavelength range toward the color splitter CS1a of the same pixel 11, and bends the light L2 in the long wavelength range toward the color splitter CS1b of the same pixel 11. .
  • the color splitter CS1a splits the light L1 that has reached the color splitter CS1a into light L1a in the purple region, light L1b in the blue region, and light L1c in the green region.
  • the color splitter CS1a bends the light L1a in the purple region toward the photodiode PD1, bends the light L1b in the blue region toward the photodiode PD2, and bends the light L1c in the green region toward the photodiode PD3.
  • the color splitter CS1b splits the light L2 that has reached the color splitter CS1b into light L2a in the yellow region, light L2b in the orange region, and light L2c in the red region.
  • the color splitter CS1b bends the light L2a in the yellow region toward the photodiode PD4, bends the light L2b in the orange region toward the photodiode PD5, and bends the light L2c in the red region toward the photodiode PD6.
  • the prism part P and the color splitter CS1 between the OCL 50 and the photodiodes PD1 to PD6, the light beams L1a to L2c having different wavelength ranges are efficiently emitted to the photodiode PD1.
  • ⁇ can be incident on PD6.
  • the embodiment in one pixel 11, light in six different wavelength ranges (that is, light of six colors) can be efficiently photoelectrically converted. Therefore, according to the embodiment, the image quality of the pixel array section 10 can be improved.
  • the prism portion P on the light incident side of the color splitter CS1.
  • the prism part P more suitable for splitting light with a wide wavelength range (for example, the incident light L) on the light incident side, the lights L1a to L2c with different wavelength ranges are more efficiently emitted from the photodiode PD1.
  • ⁇ PD6 can be made incident.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • the color splitter CS1 may be arranged between the prism portion P and the photodiodes PD1 to PD6.
  • the color splitter CS1 capable of splitting light with a limited wavelength range (for example, the light L1 and L2) with high resolution, the light L1a to L2c with different wavelength ranges can be separated from each other more efficiently by the photodiodes. It can be incident on PD1 to PD6.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • the color splitter CS1 preferably has a metasurface structure.
  • a metasurface structure is a structure in which a plurality of columnar portions formed within one color splitter CS1 are arranged with a period equal to or less than the wavelength ⁇ of the incident light L.
  • the effective refractive index of the color splitter CS1 can be changed, so that the lights L1a to L2c having different wavelength ranges can be further bent in desired directions.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • a plurality of (for example, six) photodiodes PD to which light in the same wavelength band is incident are provided in one pixel 11, and such a plurality of photodiodes PD are provided for a given are arranged side by side along the direction A2.
  • the pixel array section 10 can be formed using a pattern that is regularly repeated along the direction A2, so the manufacturing cost of the pixel array section 10 can be reduced.
  • a plurality of color filters (not shown) corresponding to respective wavelength ranges may be arranged between the color splitter CS1 and the photodiodes PD1 to PD6.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the pixel array section 10 according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure, and corresponds to FIG. 2 of the embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the photodiode group PDG according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure, and corresponds to FIG. 3 of the embodiment.
  • the pixel array section 10 according to Modification 1 differs from the embodiment in the configuration of the photodiode group PDG and the configuration of the color splitter layer 30 . Specifically, as shown in FIG. 6, in the semiconductor layer 20, photodiodes PD1, PD7, PD2, PD3, PD8, PD4, PD5, and PD6 are arranged in this order along a given direction A1. be done.
  • each pixel 11 is provided with a plurality of photodiodes PD1 to PD8.
  • a plurality of photodiodes PD1 to PD8 are arranged side by side along a given direction A2.
  • the photodiode PD7 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in the indigo wavelength range (hereinafter also referred to as “indigo region”).
  • the photodiode PD8 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a yellow-green wavelength range (hereinafter also referred to as “yellow-green region”).
  • the photodiodes PD1 to PD6 are photoelectric conversion units that receive and photoelectrically convert light in the same wavelength range as in the above embodiment, so detailed description thereof will be omitted.
  • a color splitter CS2 is arranged in addition to the color splitter CS1.
  • Color splitter CS2 is an example of another color splitter.
  • the color splitter CS2 is composed of a high refractive index portion 32 and a low refractive index layer 31 adjacent to the high refractive index portion 32, like the color splitter CS1.
  • Color splitter CS2 is arranged between color splitter CS1 and photodiode group PDG.
  • Color splitter CS2 includes color splitters CS2a-CS2d.
  • the color splitter CS2a is arranged, for example, on the light incident side of the boundary between the photodiodes PD1 and PD7.
  • Color splitter CS2b is arranged, for example, on the light incident side of the boundary between photodiode PD2 and photodiode PD3.
  • the color splitter CS2c is arranged, for example, on the light incident side of the boundary between the photodiodes PD8 and PD4.
  • Color splitter CS2d is arranged, for example, on the light incident side of the boundary between photodiode PD5 and photodiode PD6.
  • the color splitter CS1a of the color splitter CS1 is arranged, for example, on the light incident side of the boundary between the photodiode PD7 and the photodiode PD2.
  • Color splitter CS1b is arranged, for example, on the light incident side of the boundary between photodiode PD4 and photodiode PD5.
  • one pixel 11 is provided with a plurality of color splitters CS1a, CS1b, and CS2a to CS2d each (for example, eight).
  • a plurality of color splitters CS1a, CS1b, CS2a to CS2d are arranged side by side along a given direction A2.
  • FIG. 8 is a diagram showing the incident state of the incident light L in the pixel array section 10 according to Modification 1 of the embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 8 , in Modification 1, incident light L having all wavelength ranges in the visible region is collected by the OCL 50 and reaches the prism portion P by the prism layer 40 .
  • the prism unit P according to Modification 1 divides the incident light L into light L1 in a short wavelength range (for example, purple to green wavelength range) and light in a long wavelength range (for example, yellow to red wavelength range). and L2.
  • the prism part P according to the modification 1 bends the light L1 in the short wavelength range toward the color splitter CS1a of the same pixel 11, and bends the light L2 in the long wavelength range toward the color splitter CS1b of the same pixel 11.
  • the light L1 that has reached the color splitter CS1a is divided into light L1a in the short wavelength range (for example, purple to indigo wavelength range) and light L1a in the long wavelength range (for example, blue to green wavelength range). It splits into light L1b.
  • the short wavelength range for example, purple to indigo wavelength range
  • light L1a in the long wavelength range for example, blue to green wavelength range
  • the color splitter CS1a bends the light L1a in the short wavelength range toward the color splitter CS2a, and bends the light L1b in the long wavelength range toward the color splitter CS2b.
  • the light L2 that has reached the color splitter CS1b is divided into light L2a in a short wavelength range (for example, yellow-green to green wavelength range) and light L2a in a long wavelength range (for example, orange to red wavelength range). and the light L2b.
  • a short wavelength range for example, yellow-green to green wavelength range
  • light L2a in a long wavelength range for example, orange to red wavelength range
  • the color splitter CS1b bends the light L2a in the short wavelength range toward the color splitter CS2c, and bends the light L2b in the long wavelength range toward the color splitter CS2d.
  • the color splitter CS2a splits the light L1a that has reached the color splitter CS2a into light L1a1 in the violet region and light L1a2 in the indigo region. Furthermore, the color splitter CS2a bends the light L1a1 in the purple region toward the photodiode PD1, and bends the light L1a2 in the blue region toward the photodiode PD7.
  • the color splitter CS2b splits the light L1b reaching the color splitter CS2b into light L1b1 in the blue region and light L1b2 in the green region. Furthermore, the color splitter CS2b bends the light L1b1 in the blue region toward the photodiode PD2 and bends the light L1b2 in the green region toward the photodiode PD3.
  • the color splitter CS2c splits the light L2a reaching the color splitter CS2c into light L2a1 in the yellow-green region and light L2a2 in the green region. Furthermore, the color splitter CS2c bends the light L2a1 in the yellow-green region toward the photodiode PD8, and bends the light L2a2 in the green region toward the photodiode PD4.
  • the color splitter CS2d splits the light L2b reaching the color splitter CS2d into light L2b1 in the orange region and light L2b2 in the red region. Furthermore, the color splitter CS2d bends the light L2b1 in the orange region toward the photodiode PD5 and bends the light L2b2 in the red region toward the photodiode PD6.
  • Modification 1 in one pixel 11, light in eight different wavelength ranges (that is, light of eight colors) can be efficiently photoelectrically converted. Therefore, according to Modification 1, the image quality of the pixel array section 10 can be improved.
  • the color splitter CS2 preferably has a metasurface structure. As a result, since the effective refractive index of the color splitter CS2 can be changed, the lights L1a1 to L2b2 having different wavelength ranges can be further bent in desired directions.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • a plurality of color filters (not shown) corresponding to respective wavelength ranges may be arranged between the color splitter CS2 and the photodiodes PD1 to PD8.
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the pixel array section 10 and the incident state of the incident light L according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure, and is a diagram corresponding to FIG. 5 of the embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the photodiode group PDG according to Modification 2 of the embodiment of the present disclosure, and corresponds to FIG. 3 of the embodiment.
  • the configuration of the color splitter layer 30 and the function of the prism section P are different from those of the embodiment. Specifically, as shown in FIG. 9, in the semiconductor layer 20, photodiodes PD1, PD7, PD2, PD3, PD8, PD4, PD5, PD9, and PD6 are arranged in this order along a given direction A1. formed by
  • the photodiodes PD1 to PD9 to which the incident light L is incident via the same OCL 50 are each provided with a plurality of (nine in the figure) photodiodes PD1 to PD9. That is, each pixel 11 is provided with a plurality of photodiodes PD1 to PD9. A plurality of photodiodes PD1 to PD9 are arranged side by side along a given direction A2.
  • the photodiode PD9 is, for example, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light in a reddish-orange wavelength range (hereinafter also referred to as a "reddish-orange range").
  • the photodiodes PD1 to PD8 are photoelectric conversion units that receive and photoelectrically convert light in the same wavelength range as in the above-described embodiment and modification 1, so detailed description thereof will be omitted.
  • color splitter layer 30 is provided with a color splitter CS1 having a configuration different from that of the embodiment.
  • color splitter CS1 includes color splitters CS1a, CS1b, and CS1c.
  • the color splitter CS1a is arranged, for example, on the light incident side of the photodiode PD7.
  • Color splitter CS1b is arranged, for example, on the light incident side of photodiode PD8.
  • Color splitter CS1c is arranged, for example, on the light incident side of photodiode PD9.
  • each pixel 11 is provided with a plurality (for example, nine) of color splitters CS1a to CS1c.
  • a plurality of color splitters CS1a to CS1c are arranged side by side along a given direction A2.
  • incident light L having all wavelength ranges in the visible region is collected by the OCL 50 and reaches the prism portion P by the prism layer 40 .
  • the prism unit P according to Modification 2 divides the incident light L into light L1 in the short wavelength range (for example, purple to blue wavelength range) and light in the middle wavelength range (for example, green to yellow wavelength range). It is split into light L2 and light L3 in a long wavelength range (for example, wavelength range from orange to red).
  • the prism part P according to the modification 2 bends the light L1 in the short wavelength range toward the color splitter CS1a of the same pixel 11, and bends the light L2 in the middle wavelength range toward the color splitter CS1b of the same pixel 11.
  • the prism portion P according to Modification 2 bends the light L3 in the long wavelength region toward the color splitter CS1c of the same pixel 11 .
  • the color splitter CS1a splits the light L1 that has reached the color splitter CS1a into light L1a in the purple region, light L1b in the blue region, and light L1c in the blue region.
  • the color splitter CS1a bends the light L1a in the purple region toward the photodiode PD1, bends the light L1b in the blue region toward the photodiode PD7, and bends the light L1c in the blue region toward the photodiode PD2. flex.
  • the color splitter CS1b splits the light L2 that has reached the color splitter CS1b into light L2a in the green region, light L2b in the yellow-green region, and light L2c in the yellow region.
  • the color splitter CS1b bends the light L2a in the green region toward the photodiode PD3, bends the light L2b in the yellow-green region toward the photodiode PD8, and bends the light L2c in the yellow region toward the photodiode PD4. flex.
  • the color splitter CS1c splits the light L3 reaching the color splitter CS1c into light L3a in the orange region, light L3b in the red-orange region, and light L3c in the red region.
  • the color splitter CS1c bends the light L3a in the orange region toward the photodiode PD5, bends the light L3b in the reddish-orange region toward the photodiode PD9, and bends the light L3c in the red region toward the photodiode PD6. flex.
  • the incident light L is split into three different wavelength bands in the prism part P, and the three different wavelength bands are made incident on the three color splitters CS1a to CS1c.
  • the lights L1a to L3c having different wavelength ranges can be efficiently made incident on the photodiodes PD1 to PD9.
  • a plurality of color filters (not shown) corresponding to respective wavelength ranges may be arranged between the color splitter CS1 and the photodiodes PD1 to PD9.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the pixel array section 10 and the incident state of the incident light L according to Modification 3 of the embodiment of the present disclosure, and is a diagram corresponding to FIG. 5 of the embodiment.
  • the pixel array section 10 according to Modification 3 differs from the embodiment in the configuration of the photodiode group PDG and the function of the color splitter layer 30 . Specifically, as shown in FIG. 11, in the semiconductor layer 20, photodiodes PD2 to PD6 are arranged in this order along a given direction A1.
  • the photodiodes PD2 to PD6 to which the incident light L is incident via the same OCL 50 are each provided with a plurality (for example, five) of the photodiodes PD2 to PD6. That is, each pixel 11 is provided with a plurality of photodiodes PD2 to PD6.
  • a plurality of photodiodes PD2 to PD6 are arranged side by side along a given direction A2 (see FIG. 3). Note that the photodiodes PD2 to PD6 are photoelectric conversion units that receive and photoelectrically convert light in the same wavelength range as in the above-described embodiment, so detailed description thereof will be omitted.
  • the color splitter CS1 of Modification 3 includes color splitters CS1a and CS1b.
  • Color splitter CS1a is arranged, for example, on the light incident side of photodiode PD3.
  • Color splitter CS1b is arranged, for example, on the light incident side of photodiode PD5.
  • each pixel 11 is provided with a plurality of color splitters CS1a and CS1b (for example, five) each.
  • a plurality of color splitters CS1a and CS1b are arranged side by side along a given direction A2.
  • incident light L having all wavelength ranges in the visible region is collected by the OCL 50 and reaches the prism portion P by the prism layer 40 .
  • the prism unit P according to Modification 3 divides the incident light L into light L1 in a short wavelength range (for example, blue to yellow wavelength range) and light in a long wavelength range (for example, yellow to red wavelength range). and L2.
  • the prism part P according to the third modification bends the light L1 in the short wavelength range toward the color splitter CS1a of the same pixel 11, and bends the light L2 in the long wavelength range toward the color splitter CS1b of the same pixel 11.
  • the color splitter CS1a splits the light L1 that has reached the color splitter CS1a into light L1a in the blue region, light L1b in the green region, and light L1c in the yellow region.
  • the color splitter CS1a bends the light L1a in the blue region toward the photodiode PD2, bends the light L1b in the green region toward the photodiode PD3, and bends the light L1c in the yellow region toward the photodiode PD4.
  • the color splitter CS1b splits the light L2 that has reached the color splitter CS1b into light L2a in the yellow region, light L2b in the orange region, and light L2c in the red region.
  • the color splitter CS1b bends the light L2a in the yellow region toward the photodiode PD4, bends the light L2b in the orange region toward the photodiode PD5, and bends the light L2c in the red region toward the photodiode PD6.
  • each pixel 11 can efficiently photoelectrically convert light in five different wavelength ranges (that is, light of five colors). Image quality can be improved.
  • a pair of mutually adjacent color splitters CS1a and CS1b cause light in the same wavelength range (here, light in the yellow region) to enter the same photodiode PD4.
  • FIG. 11 shows an example in which light in the same wavelength range is incident on the same photodiode PD from a pair of mutually adjacent color splitters CS1a and CS1b based on the configuration of the above-described embodiment (FIG. 2, etc.).
  • the present disclosure is not limited to such examples.
  • light in the same wavelength band may be incident on the same photodiode PD from a pair of mutually adjacent color splitters CS2 or the like based on the configuration of Modification 1 (FIG. 6, etc.).
  • light in the same wavelength band may be incident on the same photodiode PD from a pair of mutually adjacent color splitters CS1 based on the configuration of Modification 2 (FIG. 9, etc.).
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the pixel array section 10 according to Modification 4 of the embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 12, in Modification 4, a plurality of hemispherical microlenses 51 are provided between the prism portion P and the color splitter CS1.
  • Such a plurality of microlenses 51 are arranged, for example, on the light incident sides of the color splitters CS1a and CS1b.
  • the plurality of microlenses 51 converge the lights L1 and L2 (see FIG. 5) incident on the color splitters CS1a and CS1b toward the color splitters CS1a and CS1b.
  • the amount of light L1 and L2 incident on the color splitters CS1a and CS1b can be increased, so that the sensitivities of the photodiodes PD1 to PD6 can be improved.
  • the microlenses 51 are not limited to hemispherical lenses, and may be metalens having a metasurface structure. This also makes it possible to improve the sensitivity of the photodiodes PD1 to PD6.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the pixel array section 10 according to Modification 5 of the embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 13, in modification 5, a plurality of microlenses 52 are provided between the color splitter CS1 and the photodiode group PDG.
  • Such a plurality of microlenses 52 are arranged, for example, on the light incident sides of the photodiodes PD1 to PD6. Then, the plurality of microlenses 52 converge the lights L1a to L2c (see FIG. 5) incident on the photodiodes PD1 to PD6 toward the photodiodes PD1 to PD6.
  • the amount of light L1a-L2c incident on the photodiodes PD1-PD6 can be increased, and the sensitivity of the photodiodes PD1-PD6 can be improved.
  • the microlenses 52 are not limited to hemispherical lenses, and may be metalens having a metasurface structure. This also makes it possible to improve the sensitivity of the photodiodes PD1 to PD6.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the pixel array section 10 according to Modification 6 of the embodiment of the present disclosure.
  • the relative positional relationship among the OCL 50, the prism portion P and the color splitter CS1 in each pixel 11 may be adjusted according to the distance (image height) from the center of the pixel array portion 10, for example. Good (so-called pupil correction).
  • the light beams L1a to L2c can be incident on the photodiodes PD1 to PD6 substantially uniformly. Therefore, according to Modification 6, the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing the structure of the pixel array section 10 according to Modification 7 of the embodiment of the present disclosure. Note that FIG. 15 omits illustration of components other than the OCL 50 and the photodiode group PDG for easy understanding.
  • the OCL 50 is not a hemispherical lens but a semi-cylindrical lens structure (so-called cylinder lens structure).
  • the axial direction of the OCL 50 having the cylindrical lens structure faces the same direction as the direction A2 in which the plurality of photodiodes PD (for example, photodiodes PD1) on which light in the same wavelength band is incident is arranged.
  • the light can be made substantially evenly incident on the plurality of photodiodes PD on which the light of the same wavelength band is incident. Therefore, according to Modification 7, the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • ⁇ Modifications 8 and 9> 16 and 17 are plan views showing examples of the arrangement of a plurality of photodiode groups PDG according to modified examples 8 and 9 of the embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 16, in Modification Example 8, the directions in which the plurality of photodiodes PD on which light in the same wavelength band is incident are different from each other in the adjacent photodiode groups PDG.
  • a plurality of photodiodes PD on which light in the same wavelength band is incident are arranged along the direction A2.
  • a plurality of photodiodes PD into which light in the same wavelength band is incident are arranged along the direction A1.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be further improved.
  • the arrangement example of the photodiode groups PDG adjacent to each other is not limited to the example in FIG. 16, and the arrangement may be changed as shown in FIG. 17, for example. This also makes it possible to further improve the image quality of the pixel array section 10 .
  • FIG. 18 is a plan view showing an example of the arrangement of a plurality of photodiode groups PDG according to Modification 10 of the embodiment of the present disclosure.
  • a plurality of photodiode groups PDG that is, a plurality of pixels 11
  • the prism section P (see FIG. 2) and the color splitter CS1 (see FIG. 2) are arranged between the photodiode group PDG and the OCL 50 (see FIG. 2), thereby improving the image quality of the pixel array section 10. can be improved.
  • the solid-state imaging device 1 includes multiple photoelectric conversion units (photodiodes PD), an on-chip lens (OCL 50), a prism unit P, and multiple color splitters CS1.
  • a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD) are arranged in a matrix in the semiconductor layer 20 .
  • the on-chip lens (OCL 50) is arranged closer to the light incident side than the semiconductor layer 20 so as to be shared by a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD).
  • the prism part P is arranged between the on-chip lens (OCL 50) and the plurality of photoelectric conversion parts (photodiodes PD).
  • the plurality of color splitters CS1 are arranged between the prism portion P and the plurality of photoelectric conversion portions (photodiodes PD).
  • the image quality of the pixel array section 10 can be improved.
  • the color splitter CS1 has a metasurface structure.
  • the solid-state imaging device 1 further includes another color splitter (color splitter CS2) arranged between the color splitter CS1 and the plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD).
  • color splitter CS2 another color splitter arranged between the color splitter CS1 and the plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD).
  • the image quality of the pixel array section 10 can be improved.
  • light in the same wavelength range is incident on some of the photoelectric conversion units (photodiodes PD).
  • a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD) to which light in the same wavelength band is incident are arranged side by side along a given direction A2.
  • the on-chip lens (OCL 50) has a cylindrical lens structure having an axial direction that is the same as the given direction A2.
  • the solid-state imaging device 1 further includes a plurality of microlenses 51 and 52 arranged between the prism portion P and the plurality of photoelectric conversion portions (photodiodes PD).
  • a pair of color splitters CS1a and CS1b adjacent to each other cause light in the same wavelength range to enter the same photoelectric conversion section (photodiode PD).
  • the solid-state imaging device 1 includes a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD) and an on-chip lens (OCL 50).
  • a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD) are arranged in a matrix in the semiconductor layer 20 .
  • the on-chip lens (OCL 50) is arranged closer to the light incident side than the semiconductor layer 20 so as to be shared by a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD).
  • a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes PD) sharing one on-chip lens (OCL 50) respectively receive light in five or more different wavelength ranges.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be improved.
  • the present disclosure is not limited to application to solid-state imaging devices. That is, the present disclosure applies to general electronic devices having a solid-state imaging device, such as a camera module, an imaging device, a mobile terminal device having an imaging function, or a copier using a solid-state imaging device as an image reading unit, in addition to the solid-state imaging device. applicable.
  • a solid-state imaging device such as a camera module, an imaging device, a mobile terminal device having an imaging function, or a copier using a solid-state imaging device as an image reading unit, in addition to the solid-state imaging device.
  • imaging devices examples include digital still cameras and video cameras.
  • Mobile terminal devices having such an imaging function include, for example, smartphones and tablet terminals.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device as the electronic device 100 to which the technology according to the present disclosure is applied.
  • the electronic device 100 in FIG. 19 is, for example, an imaging device such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device such as a mobile terminal device such as a smart phone or a tablet terminal.
  • electronic device 100 includes lens group 101, solid-state image sensor 102, DSP circuit 103, frame memory 104, display unit 105, recording unit 106, operation unit 107, and power supply unit 108. Configured.
  • the DSP circuit 103 the frame memory 104 , the display section 105 , the recording section 106 , the operation section 107 and the power supply section 108 are interconnected via a bus line 109 .
  • the lens group 101 captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device 102 .
  • the solid-state imaging device 102 corresponds to the solid-state imaging device 1 according to the above-described embodiment, and converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the lens group 101 into an electric signal for each pixel and outputs the electric signal as a pixel signal. do.
  • the DSP circuit 103 is a camera signal processing circuit that processes signals supplied from the solid-state imaging device 102 .
  • a frame memory 104 temporarily holds the image data processed by the DSP circuit 103 in frame units.
  • the display unit 105 is composed of, for example, a panel-type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays moving images or still images captured by the solid-state imaging device 102 .
  • a recording unit 106 records image data of a moving image or a still image captured by the solid-state imaging device 102 in a recording medium such as a semiconductor memory or a hard disk.
  • the operation unit 107 issues operation commands for various functions of the electronic device 100 according to the user's operation.
  • the power supply unit 108 appropriately supplies various power supplies to the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display unit 105, the recording unit 106, and the operating unit 107, to these supply targets.
  • the image quality of the pixel array section 10 can be improved.
  • the present technology can also take the following configuration.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (6), wherein the pair of color splitters adjacent to each other causes light in the same wavelength range to enter the same photoelectric conversion section.
  • the plurality of photoelectric conversion units sharing one on-chip lens respectively receive light of five or more different wavelength ranges.
  • the solid-state imaging device is a plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix in a semiconductor layer; an on-chip lens arranged closer to the light incident side than the semiconductor layer so as to be shared by the plurality of photoelectric conversion units; a prism unit disposed between the on-chip lens and the plurality of photoelectric conversion units;
  • An electronic device comprising: a plurality of color splitters arranged between the prism section and the plurality of photoelectric conversion sections. (11) The electronic device according to (10), wherein the color splitter has a metasurface structure.
  • the solid-state imaging device is The electronic device according to (10) or (11), further comprising another color splitter arranged between the color splitter and the plurality of photoelectric conversion units.
  • Light in the same wavelength range is incident on some of the photoelectric conversion units, The electronic device according to any one of (10) to (12), wherein the plurality of photoelectric conversion units to which light in the same wavelength band is incident are arranged side by side along a given direction.
  • the electronic device according to (13), wherein the on-chip lens has a cylinder lens structure having an axial direction that is the same as the given direction.
  • the solid-state imaging device is The electronic device according to any one of (10) to (14), further comprising a plurality of microlenses arranged between the prism section and the plurality of photoelectric conversion sections.
  • the plurality of photoelectric conversion units sharing one on-chip lens respectively receive light in five or more different wavelength ranges.
  • the solid-state imaging device is a plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix in a semiconductor layer; an on-chip lens arranged on the light incident side of the semiconductor layer so as to be shared by the plurality of photoelectric conversion units; has An electronic device, wherein the plurality of photoelectric conversion units sharing one on-chip lens respectively receive light in five or more different wavelength ranges.

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Abstract

本開示に係る固体撮像素子（１）は、複数の光電変換部と、オンチップレンズと、プリズム部（Ｐ）と、複数のカラースプリッタＣＳ１と、を備える。複数の光電変換部は、半導体層（２０）内にマトリックス状に並んで配置される。オンチップレンズは、複数の光電変換部が共有するように半導体層（２０）よりも光入射側に配置される。プリズム部（Ｐ）は、オンチップレンズと複数の光電変換部との間に配置される。複数のカラースプリッタ（ＣＳ１）は、プリズム部（Ｐ）と複数の光電変換部との間に配置される。

Description

固体撮像素子および電子機器
　本開示は、固体撮像素子および電子機器に関する。
　近年、デジタルカメラは、ますます普及が進んでおり、その中心部品である固体撮像素子（イメージセンサ）の需要はますます高まっている。これに伴い、固体撮像素子では高画質化や高機能化を実現するための技術開発が盛んに行われている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０１７－１５７８０１号公報
　しかしながら、上記の従来技術では、画質を向上させるという点で更なる改善の余地があった。
　そこで、本開示では、画質を向上させることができる固体撮像素子および電子機器を提案する。
　本開示によれば、固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、複数の光電変換部と、オンチップレンズと、プリズム部と、複数のカラースプリッタと、を備える。複数の光電変換部は、半導体層内にマトリックス状に並んで配置される。オンチップレンズは、複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置される。プリズム部は、前記オンチップレンズと複数の前記光電変換部との間に配置される。複数のカラースプリッタは、前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される。
　本開示によれば、画質を向上させることができる固体撮像素子および電子機器を提供することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本開示の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成例を示すシステム構成図である。 本開示の実施形態に係る画素アレイ部の構造を模式的に示す断面図である。 本開示の実施形態に係るフォトダイオード群の構成を示す平面図である。 本開示の実施形態に係るカラースプリッタの原理について説明するための図である。 本開示の実施形態に係る画素アレイ部における入射光の入射状態を示す図である。 本開示の実施形態の変形例１に係る画素アレイ部の構造を模式的に示す断面図である。 本開示の実施形態の変形例１に係るフォトダイオード群の構成を示す平面図である。 本開示の実施形態の変形例１に係る画素アレイ部における入射光の入射状態を示す図である。 本開示の実施形態の変形例２に係る画素アレイ部の構成および入射光の入射状態を示す図である。 本開示の実施形態の変形例２に係るフォトダイオード群の構成を示す平面図である。 本開示の実施形態の変形例３に係る画素アレイ部の構成および入射光の入射状態を示す図である。 本開示の実施形態の変形例４に係る画素アレイ部の構造を模式的に示す断面図である。 本開示の実施形態の変形例５に係る画素アレイ部の構造を模式的に示す断面図である。 本開示の実施形態の変形例６に係る画素アレイ部の構成および入射光の入射状態を示す図である。 本開示の実施形態の変形例７に係る画素アレイ部の構造を模式的に示す斜視図である。 本開示の実施形態の変形例８に係る複数のフォトダイオード群の配置の一例を示す平面図である。 本開示の実施形態の変形例９に係る複数のフォトダイオード群の配置の一例を示す平面図である。 本開示の実施形態の変形例１０に係る複数のフォトダイオード群の配置の一例を示す平面図である。 本開示に係る技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　以下に、本開示の各実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　近年、デジタルカメラは、ますます普及が進んでおり、その中心部品である固体撮像素子（イメージセンサ）の需要はますます高まっている。これに伴い、固体撮像素子では高画質化や高機能化を実現するための技術開発が盛んに行われている。
　たとえば、光入射側に１つの波長域の光を光電変換する光電変換部が設けられ、光入射側とは反対側に別の２つの波長域の光をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部が設けられる固体撮像素子が提案されている。
　しかしながら、上記の従来技術では、３つの異なる波長域の光しか光電変換できないため、画質を向上させるという点で更なる改善の余地があった。
　そこで、上述の問題点を克服し、固体撮像素子の画質を向上させることができる技術の実現が期待されている。
［固体撮像素子の構成］
　図１は、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１の概略構成例を示すシステム構成図である。図１に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサである固体撮像素子１は、画素アレイ部１０と、システム制御部１２と、垂直駆動部１３と、カラム読出し回路部１４と、カラム信号処理部１５と、水平駆動部１６と、信号処理部１７とを備える。
　これら画素アレイ部１０、システム制御部１２、垂直駆動部１３、カラム読出し回路部１４、カラム信号処理部１５、水平駆動部１６および信号処理部１７は、同一の半導体基板上または電気的に接続された複数の積層半導体基板上に設けられる。
　画素アレイ部１０には、入射光量に応じた電荷量を光電変換して内部に蓄積し、信号として出力することが可能な光電変換素子（フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６（図２参照）など）を有する有効単位画素１１が行列状に２次元配置されている。なお、以下の説明では、有効単位画素１１を「単位画素１１」とも呼称する。
　また、画素アレイ部１０は、有効単位画素１１の他に、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６等を持たない構造のダミー単位画素や、受光面を遮光することで外部からの光入射が遮断された遮光単位画素等が、行及び／又は列状に配置されている領域を含む場合がある。
　なお、遮光単位画素は、受光面が遮光された構造である以外は、有効単位画素１１と同様の構成を備えていてもよい。また、以下では、入射光量に応じた電荷量の光電荷を、単に「電荷」とも呼称し、単位画素１１を、単に「画素」とも呼称する場合もある。
　画素アレイ部１０には、行列状の画素配列に対して、行ごとに画素駆動線ＬＤが図面中の左右方向（画素行の画素の配列方向）に沿って形成され、列ごとに垂直画素配線ＬＶが図面中の上下方向（画素列の画素の配列方向）に沿って形成される。画素駆動線ＬＤの一端は、垂直駆動部１３の各行に対応した出力端に接続される。
　カラム読出し回路部１４は、少なくとも、画素アレイ部１０内の選択行における単位画素１１に列ごとに定電流を供給する回路、カレントミラー回路および読出し対象となる単位画素１１の切替えスイッチなどを含む。
　そして、カラム読出し回路部１４は、画素アレイ部１０内の選択画素におけるトランジスタとともに増幅器を構成し、光電荷信号を電圧信号に変換して垂直画素配線ＬＶに出力する。
　垂直駆動部１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどを含み、画素アレイ部１０の各単位画素１１を、全画素同時や行単位などで駆動する。この垂直駆動部１３は、その具体的な構成については図示を省略するが、読出し走査系と、掃出し走査系あるいは一括掃出しおよび一括転送系とを有する構成となっている。
　読出し走査系は、単位画素１１から画素信号を読み出すために、画素アレイ部１０の単位画素１１を行単位で順に選択走査する。行駆動（ローリングシャッタ動作）の場合、掃出しについては、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査が行なわれる。
　また、グローバル露光（グローバルシャッタ動作）の場合は、一括転送よりもシャッタスピードの時間分先行して一括掃出しが行なわれる。このような掃出しにより、読出し行の単位画素１１のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６などから不要な電荷が掃出し（リセット）される。そして、不要電荷の掃出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。
　ここで、電子シャッタ動作とは、直前までフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６などに溜まっていた不要な光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことをいう。
　読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。行駆動の場合は、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素１１における光電荷の蓄積時間（露光時間）となる。グローバル露光の場合は、一括掃出しから一括転送までの時間が蓄積時間（露光時間）となる。
　垂直駆動部１３によって選択走査された画素行の各単位画素１１から出力される画素信号は、垂直画素配線ＬＶの各々を通してカラム信号処理部１５に供給される。カラム信号処理部１５は、画素アレイ部１０の画素列ごとに、選択行の各単位画素１１から垂直画素配線ＬＶを通して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
　具体的には、カラム信号処理部１５は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、たとえばＣＤＳ（Correlated　Double　Sampling：相関二重サンプリング）処理を行う。このカラム信号処理部１５によるＣＤＳ処理により、リセットノイズや増幅トランジスタＡＭＰの閾値ばらつきなどの画素固有の固定パターンノイズが除去される。
　なお、カラム信号処理部１５には、ノイズ除去処理以外に、たとえば、ＡＤ変換機能を持たせて、画素信号をデジタル信号として出力するように構成することもできる。
　水平駆動部１６は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどを含み、カラム信号処理部１５の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部１６による選択走査により、カラム信号処理部１５で信号処理された画素信号が順番に信号処理部１７に出力される。
　システム制御部１２は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどを含み、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部１３、カラム信号処理部１５、水平駆動部１６などの駆動制御を行う。
　固体撮像素子１は、さらに、信号処理部１７と、図示しないデータ格納部とを備える。信号処理部１７は、少なくとも加算処理機能を有し、カラム信号処理部１５から出力される画素信号に対して加算処理などの種々の信号処理を行う。
　データ格納部は、信号処理部１７での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。これら信号処理部１７およびデータ格納部については、固体撮像素子１とは別の基板に設けられる外部信号処理部、たとえばＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）やソフトウェアによる処理であってもよいし、固体撮像素子１と同じ基板上に搭載されてもよい。
［画素アレイ部の構成］
　つづいて、画素アレイ部１０の詳細な構成について、図２～図５を参照しながら説明する。図２は、本開示の実施形態に係る画素アレイ部１０の構造を模式的に示す断面図であり、図３は、本開示の実施形態に係るフォトダイオード群ＰＤＧの構成を示す平面図である。
　図２に示すように、画素アレイ部１０は、半導体層２０と、カラースプリッタ層３０と、プリズム層４０と、複数のＯＣＬ（オンチップレンズ）５０とを備える。そして、画素アレイ部１０では、外部からの入射光Ｌが入射する側（以下、光入射側とも呼称する。）から順に、複数のＯＣＬ５０、プリズム層４０、カラースプリッタ層３０および半導体層２０が積層されている。
　半導体層２０は、第１導電型（たとえば、Ｐ型）の半導体領域（図示せず）と、第２導電型（たとえば、Ｎ型）の複数の半導体領域（図示せず）とを有する。そして、第１導電型の半導体領域内に、第２導電型の複数の半導体領域が画素単位で平面方向（画素１１の配列方向）に並んで形成されることにより、ＰＮ接合によるフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６が、所与の方向Ａ１に沿ってこの順に並んで形成される。
　フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６は、光電変換部の一例である。なお、以下の説明では、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６を総称して、「フォトダイオードＰＤ」とも呼称する。
　また、同じＯＣＬ５０を介して入射光Ｌが入射するフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６（以下、「フォトダイオード群ＰＤＧ」とも呼称する。）では、図３に示すように、それぞれ複数個（図では６個）ずつのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６が設けられる。すなわち、１つの画素１１には、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６が複数個ずつ設けられる。
　そして、複数個ずつのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６は、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。かかる方向Ａ２は、方向Ａ１と略垂直な方向である。
　フォトダイオードＰＤ１は、たとえば、紫色の波長域（以下、「紫色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。フォトダイオードＰＤ２は、たとえば、青色の波長域（以下、「青色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。
　フォトダイオードＰＤ３は、たとえば、緑色の波長域（以下、「緑色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。フォトダイオードＰＤ４は、たとえば、黄色の波長域（以下、「黄色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。
　フォトダイオードＰＤ５は、たとえば、橙色の波長域（以下、「橙色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。フォトダイオードＰＤ６は、たとえば、赤色の波長域（以下、「赤色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。
　なお、半導体層２０における光入射側とは反対側の面には、図示しない配線層が配置される。かかる配線層は、層間絶縁膜（図示せず）内に複数の配線膜（図示せず）および複数の画素トランジスタ（図示せず）が形成されることにより構成される。かかる複数の画素トランジスタは、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６にそれぞれ蓄積された電荷の読み出しなどを行う。
　半導体層２０における光入射側の面には、カラースプリッタ層３０が配置される。カラースプリッタ層３０は、低屈折率層３１および複数の高屈折率部３２を有する。
　低屈折率層３１は、高屈折率部３２よりも低い屈折率を有する材料で構成される。低屈折率層３１は、たとえば、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどの金属酸化物、またはアクリル樹脂などの有機物で構成される。
　低屈折率層３１の内部には、所定の形状を有する高屈折率部３２が設けられる。高屈折率部３２は、低屈折率層３１よりも高い屈折率を有する材料で構成される。高屈折率部３２は、たとえば、窒化シリコン、炭化シリコンなどのシリコン化合物、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化スズなどの金属酸化物、あるいはこれらの複合酸化物で構成される。また、高屈折率部３２は、シロキサンなどの有機物から構成されてもよい。
　カラースプリッタ層３０には、高屈折率部３２と、かかる高屈折率部３２に隣接する低屈折率層３１とで構成される複数のカラースプリッタＣＳ１が配置される。かかるカラースプリッタＣＳ１は、カラースプリッタＣＳ１ａおよびカラースプリッタＣＳ１ｂを含む。
　カラースプリッタＣＳ１ａは、たとえば、フォトダイオードＰＤ２の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ１ｂは、たとえば、フォトダイオードＰＤ５の光入射側に配置される。
　また、図３に示すように、１つの画素１１には、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂがそれぞれ複数個（図では６個）ずつ設けられ、複数個ずつのカラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂは、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。カラースプリッタＣＳ１の作用などについては後述する。
　カラースプリッタ層３０における光入射側の面には、プリズム層４０が配置される。プリズム層４０は、高屈折率層４１と、低屈折率層４２とを有する。そして、プリズム層４０では、光入射側から順に、低屈折率層４２および高屈折率層４１が積層されている。
　高屈折率層４１は、低屈折率層４２よりも高い屈折率を有する材料で構成される。高屈折率層４１は、たとえば、窒化シリコン、炭化シリコンなどのシリコン化合物、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化スズなどの金属酸化物、あるいはこれらの複合酸化物で構成される。また、高屈折率層４１は、シロキサンなどの有機物から構成されてもよい。
　また、高屈折率層４１における光入射側の面には、所定の形状を有する凸部４１ａが設けられる。
　低屈折率層４２は、高屈折率層４１よりも低い屈折率を有する材料で構成される。低屈折率層４２は、たとえば、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどの金属酸化物、またはアクリル樹脂などの有機物で構成される。
　プリズム層４０には、高屈折率層４１の凸部４１ａと、かかる凸部４１ａに隣接する低屈折率層４２とで構成されるプリズム部Ｐが配置される。かかるプリズム部Ｐの作用などについては後述する。
　ＯＣＬ５０は、たとえば、半球形状に構成され、画素１１ごとに設けられる。ＯＣＬ５０は、各画素１１のプリズム部Ｐに入射光Ｌを集光するレンズである。ＯＣＬ５０は、たとえば、アクリル系などの樹脂により構成される。
　つづいて、実施形態に係るカラースプリッタＣＳ１の原理について、図４を参照しながら説明する。図４は、本開示の実施形態に係るカラースプリッタＣＳ１の原理について説明するための図である。
　図４に示すように、カラースプリッタＣＳ１には、低屈折率層３１および高屈折率部３２の深さ方向の配置が異なる第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２が配置される。
　具体的には、第１領域Ｒ１では、低屈折率（たとえば、屈折率ｎ１）である低屈折率層３１が光入射方向に沿って長さＸ１だけ配置される。また、第２領域Ｒ２では、低屈折率層３１に加えて、高屈折率（たとえば、屈折率ｎ２）である高屈折率部３２が光入射方向に沿って長さＸ２だけ配置される。
　このような構成を有するカラースプリッタＣＳ１において、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に同時に入射光Ｌが入射した場合、低屈折率層３１と高屈折率部３２との屈折率差により、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間で入射光Ｌの進む距離に差が生じる。
　具体的には、第１領域Ｒ１の光路長Ｄ１は、以下の式（１）で求められる。
　Ｄ１＝ｎ１×Ｘ１　・・・（１）
　また、第２領域Ｒ２の光路長Ｄ２は、以下の式（２）で求められる。
　Ｄ２＝ｎ１×（Ｘ１－Ｘ２）＋ｎ２×Ｘ２　・・・（２）
　かかる式（１）および式（２）に基づいて、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間の光路長差ΔＤは、以下の式（３）で求められる。
　ΔＤ＝Ｄ２－Ｄ１＝Ｘ２×（ｎ２－ｎ１）　・・・（３）
　そして、カラースプリッタＣＳ１を通った入射光Ｌは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間の光路長差ΔＤによって、図４に示すように、遅れて光が進んでくる第１領域Ｒ１側に曲がって出射される。
　かかる入射光Ｌの屈曲角θは、以下の式（４）で求められる。
　θ＝ａｒｃｔａｎ（ΔＤ／λ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｘ２×（ｎ２－ｎ１）／λ）　・・・（４）
　λ：入射光Ｌの波長
　上記の式（４）に示すように、入射光Ｌの屈曲角θは、入射光Ｌの波長λに依存する。そのため、それぞれの波長域に合わせて低屈折率層３１および高屈折率部３２の屈折率ｎ１、ｎ２を適宜選択することにより、カラースプリッタＣＳ１は、それぞれの波長域の光を所望の別の向きに屈曲させることができる。
　図５は、本開示の実施形態に係る画素アレイ部１０における入射光Ｌの入射状態を示す図である。図５に示すように、可視領域におけるすべての波長域を有する入射光Ｌは、ＯＣＬ５０で集光され、プリズム層４０でプリズム部Ｐに達する。
　そして、実施形態に係るプリズム部Ｐは、かかる入射光Ｌを短波長域（たとえば、紫色～緑色の波長域）の光Ｌ１と、長波長域（たとえば、黄色～赤色の波長域）の光Ｌ２とに分光する。
　さらに、実施形態に係るプリズム部Ｐは、短波長域の光Ｌ１を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ａに向けて屈曲させ、長波長域の光Ｌ２を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ｂに向けて屈曲させる。
　そして、カラースプリッタＣＳ１ａに達した光Ｌ１を、カラースプリッタＣＳ１ａは、紫色領域の光Ｌ１ａと、青色領域の光Ｌ１ｂと、緑色領域の光Ｌ１ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ａは、紫色領域の光Ｌ１ａをフォトダイオードＰＤ１に向けて屈曲させ、青色領域の光Ｌ１ｂをフォトダイオードＰＤ２に向けて屈曲させ、緑色領域の光Ｌ１ｃをフォトダイオードＰＤ３に向けて屈曲させる。
　同様に、カラースプリッタＣＳ１ｂに達した光Ｌ２を、カラースプリッタＣＳ１ｂは、黄色領域の光Ｌ２ａと、橙色領域の光Ｌ２ｂと、赤色領域の光Ｌ２ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ｂは、黄色領域の光Ｌ２ａをフォトダイオードＰＤ４に向けて屈曲させ、橙色領域の光Ｌ２ｂをフォトダイオードＰＤ５に向けて屈曲させ、赤色領域の光Ｌ２ｃをフォトダイオードＰＤ６に向けて屈曲させる。
　ここまで説明したように、実施形態では、ＯＣＬ５０とフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６との間にプリズム部ＰおよびカラースプリッタＣＳ１を配置することで、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃを効率よくフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に入射できる。
　これにより、実施形態では、１つの画素１１において、６つの異なる波長域の光（すなわち、６色の光）をそれぞれ効率よく光電変換することができる。したがって、実施形態によれば、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　また、実施形態では、カラースプリッタＣＳ１よりも光入射側にプリズム部Ｐを配置するとよい。このように、波長域の広い光（たとえば、入射光Ｌ）の分光により適したプリズム部Ｐを光入射側に配置することにより、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃをさらに効率よくフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に入射させることができる。
　したがって、実施形態によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、実施形態では、プリズム部ＰとフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６との間にプリズム部ＰではなくカラースプリッタＣＳ１を配置するとよい。このように、波長域の限られた光（例えば光Ｌ１、Ｌ２）を高い分解能で分光することができるカラースプリッタＣＳ１を用いることで、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃをさらに効率よくフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に入射させることができる。
　したがって、実施形態によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、実施形態では、カラースプリッタＣＳ１が、メタサーフェス構造を有するとよい。かかるメタサーフェス構造とは、１つのカラースプリッタＣＳ１内に形成される複数の柱状部が、入射光Ｌの波長λ以下の周期で配列される構造のことである。
　これにより、カラースプリッタＣＳ１の有効屈折率を変化させることができることから、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃをさらに所望の向きに屈曲させることができる。
　したがって、実施形態によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、実施形態では、図３に示すように、同じ波長域の光が入射するフォトダイオードＰＤが１つの画素１１に複数（たとえば、６つ）設けられ、かかる複数のフォトダイオードＰＤが、所与の方向Ａ２に沿って並んで配置されるとよい。
　これにより、かかる方向Ａ２に沿って規則的にくり返されるパターンを用いて画素アレイ部１０を形成することができることから、画素アレイ部１０の製造コストを低減することができる。
　また、実施形態では、カラースプリッタＣＳ１とフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６との間に、それぞれの波長域に対応する複数のカラーフィルタ（図示せず）が配置されてもよい。
　このように、分光特性がカラースプリッタＣＳ１よりも優れたカラーフィルタを配置することにより、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６での混色の発生を抑制することができる。
［各種変形例］
＜変形例１＞
　つづいて、本開示の実施形態に係る画素アレイ部１０の各種変形例について、図６～図１８を参照しながら説明する。
　図６は、本開示の実施形態の変形例１に係る画素アレイ部１０の構造を模式的に示す断面図であり、実施形態の図２に対応する図である。また、図７は、本開示の実施形態の変形例１に係るフォトダイオード群ＰＤＧの構成を示す平面図であり、実施形態の図３に対応する図である。
　変形例１に係る画素アレイ部１０では、フォトダイオード群ＰＤＧの構成およびカラースプリッタ層３０の構成が実施形態と異なる。具体的には、図６に示すように、半導体層２０には、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ７、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ８、ＰＤ４、ＰＤ５、ＰＤ６が、所与の方向Ａ１に沿ってこの順に並んで形成される。
　また、同じＯＣＬ５０を介して入射光Ｌが入射するフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８では、図７に示すように、それぞれ複数個（図では８個）ずつのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８が設けられる。すなわち、１つの画素１１には、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８が複数個ずつ設けられる。そして、複数個ずつのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８は、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。
　フォトダイオードＰＤ７は、たとえば、藍色の波長域（以下、「藍色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。フォトダイオードＰＤ８は、たとえば、黄緑色の波長域（以下、「黄緑色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。
　なお、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６は、上記の実施形態と同様の波長域の光を受光して光電変換する光電変換部であることから、詳細な説明は省略する。
　また、カラースプリッタ層３０には、カラースプリッタＣＳ１に加えて、カラースプリッタＣＳ２が配置される。カラースプリッタＣＳ２は、別のカラースプリッタの一例である。
　カラースプリッタＣＳ２は、カラースプリッタＣＳ１と同様、高屈折率部３２と、かかる高屈折率部３２に隣接する低屈折率層３１とで構成される。カラースプリッタＣＳ２は、カラースプリッタＣＳ１とフォトダイオード群ＰＤＧとの間に配置される。カラースプリッタＣＳ２は、カラースプリッタＣＳ２ａ～ＣＳ２ｄを含む。
　カラースプリッタＣＳ２ａは、たとえば、フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ７との境界の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ２ｂは、たとえば、フォトダイオードＰＤ２とフォトダイオードＰＤ３との境界の光入射側に配置される。
　カラースプリッタＣＳ２ｃは、たとえば、フォトダイオードＰＤ８とフォトダイオードＰＤ４との境界の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ２ｄは、たとえば、フォトダイオードＰＤ５とフォトダイオードＰＤ６との境界の光入射側に配置される。
　また、カラースプリッタＣＳ１のカラースプリッタＣＳ１ａは、たとえば、フォトダイオードＰＤ７とフォトダイオードＰＤ２との境界の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ１ｂは、たとえば、フォトダイオードＰＤ４とフォトダイオードＰＤ５との境界の光入射側に配置される。
　また、図７には図示していないが、１つの画素１１には、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂ、ＣＳ２ａ～ＣＳ２ｄがそれぞれ複数個（たとえば、８個）ずつ設けられる。そして、複数個ずつのカラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂ、ＣＳ２ａ～ＣＳ２ｄは、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。
　図８は、本開示の実施形態の変形例１に係る画素アレイ部１０における入射光Ｌの入射状態を示す図である。図８に示すように、変形例１では、可視領域におけるすべての波長域を有する入射光Ｌが、ＯＣＬ５０で集光され、プリズム層４０でプリズム部Ｐに達する。
　そして、変形例１に係るプリズム部Ｐは、かかる入射光Ｌを短波長域（たとえば、紫色～緑色の波長域）の光Ｌ１と、長波長域（たとえば、黄色～赤色の波長域）の光Ｌ２とに分光する。
　さらに、変形例１に係るプリズム部Ｐは、短波長域の光Ｌ１を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ａに向けて屈曲させ、長波長域の光Ｌ２を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ｂに向けて屈曲させる。
　そして、カラースプリッタＣＳ１ａに達した光Ｌ１を、カラースプリッタＣＳ１ａは、短波長域（たとえば、紫色～藍色の波長域）の光Ｌ１ａと、長波長域（たとえば、青色～緑色の波長域）の光Ｌ１ｂとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ａは、短波長域の光Ｌ１ａをカラースプリッタＣＳ２ａに向けて屈曲させ、長波長域の光Ｌ１ｂをカラースプリッタＣＳ２ｂに向けて屈曲させる。
　同様に、カラースプリッタＣＳ１ｂに達した光Ｌ２を、カラースプリッタＣＳ１ｂは、短波長域（たとえば、黄緑色～緑色の波長域）の光Ｌ２ａと、長波長域（たとえば、橙色～赤色の波長域）の光Ｌ２ｂとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ｂは、短波長域の光Ｌ２ａをカラースプリッタＣＳ２ｃに向けて屈曲させ、長波長域の光Ｌ２ｂをカラースプリッタＣＳ２ｄに向けて屈曲させる。
　そして、カラースプリッタＣＳ２ａに達した光Ｌ１ａを、カラースプリッタＣＳ２ａは、紫色領域の光Ｌ１ａ１と、藍色領域の光Ｌ１ａ２とに分光する。さらに、カラースプリッタＣＳ２ａは、紫色領域の光Ｌ１ａ１をフォトダイオードＰＤ１に向けて屈曲させ、藍色領域の光Ｌ１ａ２をフォトダイオードＰＤ７に向けて屈曲させる。
　同様に、カラースプリッタＣＳ２ｂに達した光Ｌ１ｂを、カラースプリッタＣＳ２ｂは、青色領域の光Ｌ１ｂ１と、緑色領域の光Ｌ１ｂ２とに分光する。さらに、カラースプリッタＣＳ２ｂは、青色領域の光Ｌ１ｂ１をフォトダイオードＰＤ２に向けて屈曲させ、緑色領域の光Ｌ１ｂ２をフォトダイオードＰＤ３に向けて屈曲させる。
　また、カラースプリッタＣＳ２ｃに達した光Ｌ２ａを、カラースプリッタＣＳ２ｃは、黄緑色領域の光Ｌ２ａ１と、緑色領域の光Ｌ２ａ２とに分光する。さらに、カラースプリッタＣＳ２ｃは、黄緑色領域の光Ｌ２ａ１をフォトダイオードＰＤ８に向けて屈曲させ、緑色領域の光Ｌ２ａ２をフォトダイオードＰＤ４に向けて屈曲させる。
　また、カラースプリッタＣＳ２ｄに達した光Ｌ２ｂを、カラースプリッタＣＳ２ｄは、橙色領域の光Ｌ２ｂ１と、赤色領域の光Ｌ２ｂ２とに分光する。さらに、カラースプリッタＣＳ２ｄは、橙色領域の光Ｌ２ｂ１をフォトダイオードＰＤ５に向けて屈曲させ、赤色領域の光Ｌ２ｂ２をフォトダイオードＰＤ６に向けて屈曲させる。
　このように、変形例１では、ＯＣＬ５０とフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８との間にプリズム部Ｐ及びカラースプリッタＣＳ１、ＣＳ２を配置することで、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ１～Ｌ２ｂ２を効率よくフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８に入射できる。
　これにより、変形例１では、１つの画素１１において、８つの異なる波長域の光（すなわち、８色の光）をそれぞれ効率よく光電変換することができる。したがって、変形例１によれば、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　また、変形例１では、カラースプリッタＣＳ２が、メタサーフェス構造を有するとよい。これにより、カラースプリッタＣＳ２の有効屈折率を変化させることができることから、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ１～Ｌ２ｂ２をさらに所望の向きに屈曲させることができる。
　したがって、変形例１によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、変形例１では、カラースプリッタＣＳ２とフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８との間に、それぞれの波長域に対応する複数のカラーフィルタ（図示せず）が配置されてもよい。
　このように、分光特性がカラースプリッタＣＳ１よりも優れたカラーフィルタを配置することにより、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８での混色の発生を抑制することができる。
＜変形例２＞
　図９は、本開示の実施形態の変形例２に係る画素アレイ部１０の構成および入射光Ｌの入射状態を示す図であり、実施形態の図５に対応する図である。また、図１０は、本開示の実施形態の変形例２に係るフォトダイオード群ＰＤＧの構成を示す平面図であり、実施形態の図３に対応する図である。
　変形例２に係る画素アレイ部１０では、カラースプリッタ層３０の構成およびプリズム部Ｐの機能が実施形態と異なる。具体的には、図９に示すように、半導体層２０には、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ７、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ８、ＰＤ４、ＰＤ５、ＰＤ９、ＰＤ６が、所与の方向Ａ１に沿ってこの順に並んで形成される。
　また、同じＯＣＬ５０を介して入射光Ｌが入射するフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９では、図１０に示すように、それぞれ複数個（図では９個）ずつのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９が設けられる。すなわち、１つの画素１１には、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９が複数個ずつ設けられる。そして、複数個ずつのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９は、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。
　フォトダイオードＰＤ９は、たとえば、赤橙色の波長域（以下、「赤橙色領域」とも呼称する。）の光を受光して光電変換する光電変換部である。なお、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ８は、上記の実施形態および変形例１と同様の波長域の光を受光して光電変換する光電変換部であることから、詳細な説明は省略する。
　また、図９に示すように、カラースプリッタ層３０には、実施形態と構成が異なるカラースプリッタＣＳ１が設けられる。具体的には、カラースプリッタＣＳ１は、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂ、ＣＳ１ｃを含む。
　カラースプリッタＣＳ１ａは、たとえば、フォトダイオードＰＤ７の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ１ｂは、たとえば、フォトダイオードＰＤ８の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ１ｃは、たとえば、フォトダイオードＰＤ９の光入射側に配置される。
　また、図１０には図示していないが、１つの画素１１には、カラースプリッタＣＳ１ａ～ＣＳ１ｃがそれぞれ複数個（たとえば、９個）ずつ設けられる。そして、複数個ずつのカラースプリッタＣＳ１ａ～ＣＳ１ｃは、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。
　図９に示すように、変形例２では、可視領域におけるすべての波長域を有する入射光Ｌが、ＯＣＬ５０で集光され、プリズム層４０でプリズム部Ｐに達する。
　そして、変形例２に係るプリズム部Ｐは、かかる入射光Ｌを短波長域（たとえば、紫色～青色の波長域）の光Ｌ１と、中波長域（たとえば、緑色～黄色の波長域）の光Ｌ２と、長波長域（たとえば、橙色～赤色の波長域）の光Ｌ３とに分光する。
　さらに、変形例２に係るプリズム部Ｐは、短波長域の光Ｌ１を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ａに向けて屈曲させ、中波長域の光Ｌ２を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ｂに向けて屈曲させる。また、変形例２に係るプリズム部Ｐは、長波長域の光Ｌ３を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ｃに向けて屈曲させる。
　そして、カラースプリッタＣＳ１ａに達した光Ｌ１を、カラースプリッタＣＳ１ａは、紫色領域の光Ｌ１ａと、藍色領域の光Ｌ１ｂと、青色領域の光Ｌ１ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ａは、紫色領域の光Ｌ１ａをフォトダイオードＰＤ１に向けて屈曲させ、藍色領域の光Ｌ１ｂをフォトダイオードＰＤ７に向けて屈曲させ、青色領域の光Ｌ１ｃをフォトダイオードＰＤ２に向けて屈曲させる。
　同様に、カラースプリッタＣＳ１ｂに達した光Ｌ２を、カラースプリッタＣＳ１ｂは、緑色領域の光Ｌ２ａと、黄緑色領域の光Ｌ２ｂと、黄色領域の光Ｌ２ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ｂは、緑色領域の光Ｌ２ａをフォトダイオードＰＤ３に向けて屈曲させ、黄緑色領域の光Ｌ２ｂをフォトダイオードＰＤ８に向けて屈曲させ、黄色領域の光Ｌ２ｃをフォトダイオードＰＤ４に向けて屈曲させる。
　また、カラースプリッタＣＳ１ｃに達した光Ｌ３を、カラースプリッタＣＳ１ｃは、橙色領域の光Ｌ３ａと、赤橙色領域の光Ｌ３ｂと、赤色領域の光Ｌ３ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ｃは、橙色領域の光Ｌ３ａをフォトダイオードＰＤ５に向けて屈曲させ、赤橙色領域の光Ｌ３ｂをフォトダイオードＰＤ９に向けて屈曲させ、赤色領域の光Ｌ３ｃをフォトダイオードＰＤ６に向けて屈曲させる。
　このように、変形例２では、プリズム部Ｐで入射光Ｌを３種類の異なる波長域の光に分光するとともに、かかる３種類の異なる波長域の光を３つのカラースプリッタＣＳ１ａ～ＣＳ１ｃに入射させる。これにより、変形例２では、それぞれ波長域の異なる光Ｌ１ａ～Ｌ３ｃを効率よくフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９に入射させることができる。
　すなわち、変形例２では、１つの画素１１において、９つの異なる波長域の光（すなわち、９色の光）をそれぞれ効率よく光電変換することができる。したがって、変形例２によれば、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　また、変形例２では、カラースプリッタＣＳ１とフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９との間に、それぞれの波長域に対応する複数のカラーフィルタ（図示せず）が配置されてもよい。
　このように、分光特性がカラースプリッタＣＳ１よりも優れたカラーフィルタを配置することにより、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ９での混色の発生を抑制することができる。
＜変形例３＞
　図１１は、本開示の実施形態の変形例３に係る画素アレイ部１０の構成および入射光Ｌの入射状態を示す図であり、実施形態の図５に対応する図である。
　変形例３に係る画素アレイ部１０では、フォトダイオード群ＰＤＧの構成およびカラースプリッタ層３０の機能が実施形態と異なる。具体的には、図１１に示すように、半導体層２０には、フォトダイオードＰＤ２～ＰＤ６が、所与の方向Ａ１に沿ってこの順に並んで形成される。
　また、図示はしていないが、同じＯＣＬ５０を介して入射光Ｌが入射するフォトダイオードＰＤ２～ＰＤ６では、それぞれ複数個（たとえば、５個）ずつのフォトダイオードＰＤ２～ＰＤ６が設けられる。すなわち、１つの画素１１には、フォトダイオードＰＤ２～ＰＤ６が複数個ずつ設けられる。
　そして、複数個ずつのフォトダイオードＰＤ２～ＰＤ６は、すべて所与の方向Ａ２（図３参照）に沿って並んで配置される。なお、フォトダイオードＰＤ２～ＰＤ６は、上記の実施形態と同様の波長域の光を受光して光電変換する光電変換部であることから、詳細な説明は省略する。
　また、変形例３のカラースプリッタＣＳ１は、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂを含む。カラースプリッタＣＳ１ａは、たとえば、フォトダイオードＰＤ３の光入射側に配置される。カラースプリッタＣＳ１ｂは、たとえば、フォトダイオードＰＤ５の光入射側に配置される。
　また、１つの画素１１には、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂがそれぞれ複数個（たとえば、５個）ずつ設けられる。そして、複数個ずつのカラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂは、すべて所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。
　図１１に示すように、変形例３では、可視領域におけるすべての波長域を有する入射光Ｌが、ＯＣＬ５０で集光され、プリズム層４０でプリズム部Ｐに達する。
　そして、変形例３に係るプリズム部Ｐは、かかる入射光Ｌを短波長域（たとえば、青色～黄色の波長域）の光Ｌ１と、長波長域（たとえば、黄色～赤色の波長域）の光Ｌ２とに分光する。
　さらに、変形例３に係るプリズム部Ｐは、短波長域の光Ｌ１を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ａに向けて屈曲させ、長波長域の光Ｌ２を同じ画素１１のカラースプリッタＣＳ１ｂに向けて屈曲させる。
　そして、カラースプリッタＣＳ１ａに達した光Ｌ１を、カラースプリッタＣＳ１ａは、青色領域の光Ｌ１ａと、緑色領域の光Ｌ１ｂと、黄色領域の光Ｌ１ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ａは、青色領域の光Ｌ１ａをフォトダイオードＰＤ２に向けて屈曲させ、緑色領域の光Ｌ１ｂをフォトダイオードＰＤ３に向けて屈曲させ、黄色領域の光Ｌ１ｃをフォトダイオードＰＤ４に向けて屈曲させる。
　同様に、カラースプリッタＣＳ１ｂに達した光Ｌ２を、カラースプリッタＣＳ１ｂは、黄色領域の光Ｌ２ａと、橙色領域の光Ｌ２ｂと、赤色領域の光Ｌ２ｃとに分光する。
　さらに、カラースプリッタＣＳ１ｂは、黄色領域の光Ｌ２ａをフォトダイオードＰＤ４に向けて屈曲させ、橙色領域の光Ｌ２ｂをフォトダイオードＰＤ５に向けて屈曲させ、赤色領域の光Ｌ２ｃをフォトダイオードＰＤ６に向けて屈曲させる。
　ここまで説明したように、変形例３では、１つの画素１１において、５つの異なる波長域の光（すなわち、５色の光）をそれぞれ効率よく光電変換することができることから、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　また、変形例３では、互いに隣接する一対のカラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂが、同じフォトダイオードＰＤ４に同じ波長域の光（ここでは、黄色領域の光）を入射させる。
　これにより、特定の波長域の光をより多くフォトダイオードＰＤに入射させることができる。したがって、変形例３によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　なお、図１１の例では、上記実施形態（図２など）の構成に基づいて、互いに隣接する一対のカラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂから同じフォトダイオードＰＤに同じ波長域の光を入射させる例について示したが、本開示はかかる例に限られない。
　たとえば、本開示では、上記変形例１（図６など）の構成に基づいて、互いに隣接する一対のカラースプリッタＣＳ２などから同じフォトダイオードＰＤに同じ波長域の光を入射させてもよい。さらに、本開示では、上記変形例２（図９など）の構成に基づいて、互いに隣接する一対のカラースプリッタＣＳ１から同じフォトダイオードＰＤに同じ波長域の光を入射させてもよい。
＜変形例４＞
　図１２は、本開示の実施形態の変形例４に係る画素アレイ部１０の構造を模式的に示す断面図である。図１２に示すように、変形例４では、プリズム部ＰとカラースプリッタＣＳ１との間に、半球形状の複数のマイクロレンズ５１が設けられる。
　かかる複数のマイクロレンズ５１は、たとえば、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂの光入射側にそれぞれ配置される。そして、複数のマイクロレンズ５１は、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂに入射する光Ｌ１、Ｌ２（図５参照）を、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂに向けて集光する。
　これにより、カラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂに入射する光Ｌ１、Ｌ２の光量を増加させることができることから、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６の感度を向上させることができる。
　なお、マイクロレンズ５１は、半球形状のレンズに限られず、メタサーフェス構造を有するメタレンズであってもよい。これによっても、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６の感度を向上させることができる。
＜変形例５＞
　図１３は、本開示の実施形態の変形例５に係る画素アレイ部１０の構造を模式的に示す断面図である。図１３に示すように、変形例５では、カラースプリッタＣＳ１とフォトダイオード群ＰＤＧとの間に、複数のマイクロレンズ５２が設けられる。
　かかる複数のマイクロレンズ５２は、たとえば、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６の光入射側にそれぞれ配置される。そして、複数のマイクロレンズ５２は、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に入射する光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃ（図５参照）を、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に向けて集光する。
　これにより、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に入射する光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃの光量を増加させることができることから、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６の感度を向上させることができる。
　なお、マイクロレンズ５２は、半球形状のレンズに限られず、メタサーフェス構造を有するメタレンズであってもよい。これによっても、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６の感度を向上させることができる。
＜変形例６＞
　図１４は、本開示の実施形態の変形例６に係る画素アレイ部１０の構造を模式的に示す断面図である。図１４に示すように、各画素１１におけるＯＣＬ５０、プリズム部ＰおよびカラースプリッタＣＳ１の相対的な位置関係は、たとえば、画素アレイ部１０の中心からの距離（像高）に応じて調整されてもよい（いわゆる瞳補正）。
　これにより、画素アレイ部１０において像高がそれぞれ異なる各画素１１において、フォトダイオードＰＤ１～ＰＤ６に略均等に光Ｌ１ａ～Ｌ２ｃを入射させることができる。したがって、変形例６によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
＜変形例７＞
　図１５は、本開示の実施形態の変形例７に係る画素アレイ部１０の構造を模式的に示す斜視図である。なお、図１５では、理解を容易にするため、ＯＣＬ５０およびフォトダイオード群ＰＤＧ以外の構成要素の図示を省略している。
　図１５に示すように、変形例７では、ＯＣＬ５０が半球形状のレンズではなく、半円筒形状のレンズ構造（いわゆる、シリンダーレンズ構造）である。そして、変形例７では、シリンダーレンズ構造を有するＯＣＬ５０の軸方向が、同じ波長域の光が入射する複数のフォトダイオードＰＤ（たとえば、フォトダイオードＰＤ１）が並ぶ方向Ａ２と同じ方向を向いている。
　これにより、同じ波長域の光が入射する複数のフォトダイオードＰＤに対して、略均等に光を入射させることができる。したがって、変形例７によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
＜変形例８、９＞
　図１６および図１７は、本開示の実施形態の変形例８、９に係る複数のフォトダイオード群ＰＤＧの配置の一例を示す平面図である。図１６に示すように、変形例８では、互いに隣接するフォトダイオード群ＰＤＧにおいて、同じ波長域の光が入射する複数のフォトダイオードＰＤが並ぶ方向が互いに異なる。
　たとえば、図１６に示すように、右上および左下に位置するフォトダイオード群ＰＤＧでは、同じ波長域の光が入射する複数のフォトダイオードＰＤが方向Ａ２に沿って並んでいる。一方で、左上および右下に位置するフォトダイオード群ＰＤＧでは、同じ波長域の光が入射する複数のフォトダイオードＰＤが方向Ａ１に沿って並んでいる。
　これにより、互いに隣接するフォトダイオード群ＰＤＧにおいて、フォトダイオードＰＤの配列が局在化することによる色ムラの発生を抑制することができる。したがって、変形例８によれば、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　なお、互いに隣接するフォトダイオード群ＰＤＧの配列例は、図１６の例に限られず、たとえば、図１７に示すように配列を変更してもよい。これによっても、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
＜変形例１０＞
　図１８は、本開示の実施形態の変形例１０に係る複数のフォトダイオード群ＰＤＧの配置の一例を示す平面図である。図１８に示すように、複数のフォトダイオード群ＰＤＧ（すなわち、複数の画素１１）が千鳥状に配列されていてもよい。
　これによっても、フォトダイオード群ＰＤＧとＯＣＬ５０（図２参照）との間にプリズム部Ｐ（図２参照）とカラースプリッタＣＳ１（図２参照）とが配置されることにより、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
［効果］
　実施形態に係る固体撮像素子１は、複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）と、オンチップレンズ（ＯＣＬ５０）と、プリズム部Ｐと、複数のカラースプリッタＣＳ１と、を備える。複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）は、半導体層２０内にマトリックス状に並んで配置される。オンチップレンズ（ＯＣＬ５０）は、複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）が共有するように半導体層２０よりも光入射側に配置される。プリズム部Ｐは、オンチップレンズ（ＯＣＬ５０）と複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）との間に配置される。複数のカラースプリッタＣＳ１は、プリズム部Ｐと複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）との間に配置される。
　これにより、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１において、カラースプリッタＣＳ１は、メタサーフェス構造を有する。
　これにより、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１は、カラースプリッタＣＳ１と複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）との間に配置される別のカラースプリッタ（カラースプリッタＣＳ２）、をさらに備える。
　これにより、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１において、一部の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）には、同じ波長域の光が入射する。そして、同じ波長域の光が入射する複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）は、所与の方向Ａ２に沿って並んで配置される。
　これにより、画素アレイ部１０の製造コストを低減することができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１において、オンチップレンズ（ＯＣＬ５０）は、所与の方向Ａ２と同じ向きの軸方向を有するシリンダーレンズ構造を有する。
　これにより、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１は、プリズム部Ｐと複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）との間に配置される複数のマイクロレンズ５１、５２をさらに備える。
　これにより、フォトダイオードＰＤの感度を向上させることができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１において、互いに隣接する一対のカラースプリッタＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂは、同じ光電変換部（フォトダイオードＰＤ）に同じ波長域の光を入射させる。
　これにより、画素アレイ部１０の画質をさらに向上させることができる。
　また、実施形態に係る固体撮像素子１は、複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）と、オンチップレンズ（ＯＣＬ５０）と、を備える。複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）は、半導体層２０内にマトリックス状に並んで配置される。オンチップレンズ（ＯＣＬ５０）は、複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）が共有するように半導体層２０よりも光入射側に配置される。また、１つのオンチップレンズ（ＯＣＬ５０）を共有する複数の光電変換部（フォトダイオードＰＤ）は、５つ以上の異なる波長域の光をそれぞれ受光する。
　これにより、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
［電子機器］
　なお、本開示は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。すなわち、本開示は、固体撮像素子のほかにカメラモジュールや撮像装置、撮像機能を有する携帯端末装置、または画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、固体撮像素子を有する電子機器全般に対して適用可能である。
　かかる撮像装置としては、たとえば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどが挙げられる。また、かかる撮像機能を有する携帯端末装置としては、たとえば、スマートフォンやタブレット型端末などが挙げられる。
　図１９は、本開示に係る技術を適用した電子機器１００としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。図１９の電子機器１００は、たとえば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末などの携帯端末装置などの電子機器である。
　図１９において、電子機器１００は、レンズ群１０１と、固体撮像素子１０２と、ＤＳＰ回路１０３と、フレームメモリ１０４と、表示部１０５と、記録部１０６と、操作部１０７と、電源部１０８とから構成される。
　また、電子機器１００において、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、操作部１０７、および電源部１０８は、バスライン１０９を介して相互に接続されている。
　レンズ群１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子１０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子１０２は、上述した実施形態に係る固体撮像素子１に対応し、レンズ群１０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
　ＤＳＰ回路１０３は、固体撮像素子１０２から供給される信号を処理するカメラ信号処理回路である。フレームメモリ１０４は、ＤＳＰ回路１０３により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。
　表示部１０５は、たとえば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro　Luminescence）パネルなどのパネル型表示装置からなり、固体撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部１０６は、固体撮像素子１０２で撮像された動画または静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスクなどの記録媒体に記録する。
　操作部１０７は、ユーザによる操作にしたがい、電子機器１００が有する各種の機能についての操作指令を発する。電源部１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、および操作部１０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　このように構成されている電子機器１００では、固体撮像素子１０２として、上述した各実施形態の固体撮像素子１を適用することにより、画素アレイ部１０の画質を向上させることができる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのまま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。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
　前記オンチップレンズと複数の前記光電変換部との間に配置されるプリズム部と、
　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のカラースプリッタと、
　を備える固体撮像素子。
（２）
　前記カラースプリッタは、メタサーフェス構造を有する
　前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
　前記カラースプリッタと複数の前記光電変換部との間に配置される別のカラースプリッタ、をさらに備える
　前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
　一部の前記光電変換部には、同じ波長域の光が入射し、
　同じ波長域の光が入射する複数の前記光電変換部は、所与の方向に沿って並んで配置される
　前記（１）～（３）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（５）
　前記オンチップレンズは、前記所与の方向と同じ向きの軸方向を有するシリンダーレンズ構造を有する
　前記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のマイクロレンズをさらに備える
　前記（１）～（５）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（７）
　互いに隣接する一対の前記カラースプリッタは、同じ前記光電変換部に同じ波長域の光を入射させる
　前記（１）～（６）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（８）
　１つのオンチップレンズを共有する複数の前記光電変換部は、５つ以上の異なる波長域の光をそれぞれ受光する
　前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
（９）
　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
　を備え、
　１つのオンチップレンズを共有する複数の前記光電変換部は、５つ以上の異なる波長域の光をそれぞれ受光する
　固体撮像素子。
（１０）
　固体撮像素子と、
　被写体からの入射光を取り込んで前記固体撮像素子の撮像面上に結像させる光学系と、
　前記固体撮像素子からの出力信号に対して処理を行う信号処理回路と、を備え、
　前記固体撮像素子は、
　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
　前記オンチップレンズと複数の前記光電変換部との間に配置されるプリズム部と、
　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のカラースプリッタと、を有する
　電子機器。
（１１）
　前記カラースプリッタは、メタサーフェス構造を有する
　前記（１０）に記載の電子機器。
（１２）
　前記固体撮像素子は、
　前記カラースプリッタと複数の前記光電変換部との間に配置される別のカラースプリッタ、をさらに有する
　前記（１０）または（１１）に記載の電子機器。
（１３）
　一部の前記光電変換部には、同じ波長域の光が入射し、
　同じ波長域の光が入射する複数の前記光電変換部は、所与の方向に沿って並んで配置される
　前記（１０）～（１２）のいずれか一つに記載の電子機器。
（１４）
　前記オンチップレンズは、前記所与の方向と同じ向きの軸方向を有するシリンダーレンズ構造を有する
　前記（１３）に記載の電子機器。
（１５）
　前記固体撮像素子は、
　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のマイクロレンズをさらに有する
　前記（１０）～（１４）のいずれか一つに記載の電子機器。
（１６）
　互いに隣接する一対の前記カラースプリッタは、同じ前記光電変換部に同じ波長域の光を入射させる
　前記（１０）～（１５）のいずれか一つに記載の電子機器。
（１７）
　１つのオンチップレンズを共有する複数の前記光電変換部は、５つ以上の異なる波長域の光をそれぞれ受光する
　前記（１０）～（１６）のいずれか一つに記載の電子機器。
（１８）
　固体撮像素子と、
　被写体からの入射光を取り込んで前記固体撮像素子の撮像面上に結像させる光学系と、
　前記固体撮像素子からの出力信号に対して処理を行う信号処理回路と、を備え、
　前記固体撮像素子は、
　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
　を有し、
　１つのオンチップレンズを共有する複数の前記光電変換部は、５つ以上の異なる波長域の光をそれぞれ受光する
　電子機器。
１　　　固体撮像素子
１０　　画素アレイ部
３０　　カラースプリッタ層
４０　　プリズム層
５０　　ＯＣＬ
５１、５２　マイクロレンズ
１００　電子機器
ＣＳ１、ＣＳ１ａ、ＣＳ１ｂ　カラースプリッタ
ＣＳ２、ＣＳ２ａ～ＣＳ２ｄ　カラースプリッタ（別のカラースプリッタの一例）
Ａ２　　方向（所与の方向の一例）
Ｐ　　　プリズム部
ＰＤ、ＰＤ１～ＰＤ９　フォトダイオード（光電変換部の一例）

Claims (9)

  1. 　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
    　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
    　前記オンチップレンズと複数の前記光電変換部との間に配置されるプリズム部と、
    　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のカラースプリッタと、
    　を備える固体撮像素子。
  2. 　前記カラースプリッタは、メタサーフェス構造を有する
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記カラースプリッタと複数の前記光電変換部との間に配置される別のカラースプリッタ、をさらに備える
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　一部の前記光電変換部には、同じ波長域の光が入射し、
    　同じ波長域の光が入射する複数の前記光電変換部は、所与の方向に沿って並んで配置される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記オンチップレンズは、前記所与の方向と同じ向きの軸方向を有するシリンダーレンズ構造を有する
    　請求項４に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のマイクロレンズをさらに備える
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 　互いに隣接する一対の前記カラースプリッタは、同じ前記光電変換部に同じ波長域の光を入射させる
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  8. 　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
    　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
    　を備え、
    　１つのオンチップレンズを共有する複数の前記光電変換部は、５つ以上の異なる波長域の光をそれぞれ受光する
    　固体撮像素子。
  9. 　固体撮像素子と、
    　被写体からの入射光を取り込んで前記固体撮像素子の撮像面上に結像させる光学系と、
    　前記固体撮像素子からの出力信号に対して処理を行う信号処理回路と、を備え、
    　前記固体撮像素子は、
    　半導体層内にマトリックス状に並んで配置される複数の光電変換部と、
    　複数の前記光電変換部が共有するように前記半導体層よりも光入射側に配置されるオンチップレンズと、
    　前記オンチップレンズと複数の前記光電変換部との間に配置されるプリズム部と、
    　前記プリズム部と複数の前記光電変換部との間に配置される複数のカラースプリッタと、を有する
    　電子機器。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309395A (ja) * 2000-04-21 2001-11-02 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法
WO2009019818A1 (ja) * 2007-08-06 2009-02-12 Panasonic Corporation 撮像用光検出装置
JP2012156194A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Sony Corp 固体撮像素子、撮像装置
US20150286060A1 (en) * 2014-04-07 2015-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Color separation device and image sensor including the color separation device
US20160064448A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor having improved light utilization efficiency
JP2019184986A (ja) * 2018-04-17 2019-10-24 日本電信電話株式会社 カラー撮像素子および撮像装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309395A (ja) * 2000-04-21 2001-11-02 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法
WO2009019818A1 (ja) * 2007-08-06 2009-02-12 Panasonic Corporation 撮像用光検出装置
JP2012156194A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Sony Corp 固体撮像素子、撮像装置
US20150286060A1 (en) * 2014-04-07 2015-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Color separation device and image sensor including the color separation device
US20160064448A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor having improved light utilization efficiency
JP2019184986A (ja) * 2018-04-17 2019-10-24 日本電信電話株式会社 カラー撮像素子および撮像装置

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