特開 2024-137593 光学装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137593

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】光学装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240927BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H01L31/02 D

【審査請求】有

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111003

(22)【出願日】2023-07-05

(31)【優先権主張番号】18/187,484

(32)【優先日】2023-03-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】郭信宏

(72)【発明者】

【氏名】張開昊

(72)【発明者】

【氏名】王柏翔

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼翰林

(72)【発明者】

【氏名】蔡鴻仁

【テーマコード（参考）】

4M118

5F149

【Ｆターム（参考）】

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA14

4M118CA02

4M118CA34

4M118CA40

4M118CB14

4M118FA27

4M118FA28

4M118GC08

4M118GC09

5F149AA01

5F149BB03

5F149DA28

5F149EA02

5F149EA05

5F149HA02

5F149HA07

5F149JA11

5F149JA13

5F149JA14

5F149XB05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】より良い光学収差を提供し、画質を改善でき複数のメタユニットを有する光学装置を提供する。
【解決手段】光電変換層１１０、下地層１３０、反射防止層１４０、及び複数のメタユニット１５０を含む光学装置１００であって、下地層は、光電変換層の上に配置され、反射防止層は、下地層の上に配置され、メタユニットは、光電変換層の上方に配置され、光電変換層の中で、メタユニットのそれぞれは上部ＴＰ及び底部ＢＰを含み、底部の光電変換層の上への投射は、上部の光電変換層の上への投射の中にある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電変換層、
前記光電変換層の上に配置された下地層、
前記下地層の上に配置された反射防止層、及び
前記光電変換層の上方に配置された複数のメタユニットであって、前記複数のメタユニトのそれぞれが上部及び底部を含み、前記底部の前記光電変換層の上への投射が、前記上部の前記光電変換層の上への投射の範囲内側となる複数のメタユニットと
を含むことを特徴とする光学装置。

【請求項2】

前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部は前記反射防止層に埋め込まれ、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記底部は前記下地層に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項3】

前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て、長方形を含み、前記複数のメタユニットの前記底部の形状が、側面方向から見て、長方形を含み、前記上部の上部幅が前記底部の底部幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項4】

前記複数のメタユニットのそれぞれの前記光電変換層への投射が、互いにスペースをもって離れていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項5】

前記複数のメタユニットの前記上部が、連続した上部を形成するようにつながっていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項6】

前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の上部高さが、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記底部の底部高さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項7】

前記複数のメタユニットのそれぞれの形状が、上面方向から見て、円形、正方形、又は長方形であり、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て、長方形又は台形であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項8】

前記複数のメタユニットのそれぞれの形状が、上面方向から見て、Ｔ字形又は十字形であり、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部が、側面方向から見て台形であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項9】

前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て台形を含み、前記台形の第１の上部幅が前記台形の第２の上部幅より小さく、前記台形の底角が、３０～９０度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項10】

前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て、台形を含み、前記台形の第１の上部幅が前記台形の第２の上部幅より大きく、前記台形の底角が９０～１３５度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項11】

前記光電変換層が、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、及び前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードの間に配置されたディープトレンチアイソレーションを含み、
前記メタユニットが、前記第１のフォトダイオードの上方に配置された第１のメタユニット、前記第２のフォトダイオードの上方に配置された第２のメタユニット、及び前記ディープトレンチアイソレーションの上方に配置された第３のメタユニットを含み、
前記第１のメタユニットの大きさ、前記第２のメタユニットの大きさ、及び前記第３のメタユニットの大きさが互いに異なり、
前記複数のメタユニットの屈折率が前記下地層の屈折率よりも大きく、前記下地層の前記屈折率が前記反射防止層の屈折率よりも大きく、前記複数のメタユニットの前記屈折率が、１．４から６．５の範囲に入ることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項12】

前記メタユニットは、２次元遷移金属ジカルコゲナイドであるＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＩＴＯ、Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、ＩＩＩ－Ｖ半導体化合物、又はこれらの組み合わせからなり、上記でのｘ及びｙは正の整数で、ｘは１から３の範囲に、ｙは１から４の範囲に入ることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項13】

前記複数のメタユニットは、２つ又は３つの層になって配列され、前記メタユニットの最下層は前記下地層の中に完全に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項14】

さらに、前記の光電変換層及び前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、
前記複数のメタユニットのそれぞれの底面が前記カラーフィルター層の上面に接することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項15】

さらに、前記光電変換層及び前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、
前記カラーフィルター層は、複数の格子及び複数のカラーフィルターを含み、前記複数のメタユニットの前記光電変換層上への投射が、前記複数の格子の前記光電変換層上への投射と部分的に重なることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項16】

さらに、前記光電変換層及び前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、
前記複数のメタユニットが前記カラーフィルター層に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【請求項17】

さらに、前記光電変換層及び前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、
前記カラーフィルター層が、複数の格子、及び複数のカラーフィルターを含み、
前記複数のメタユニットの前記光電変換層上への投射が、前記複数の格子の前記光電変換層の上への投射からスペースをもって離れて存在することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学装置に関する。より具体的には、本開示は、Ｔ字形のメタユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサー（ＣＩＳとも呼ばれる）の分野において、光学装置の焦点距離及び光学収差は画質に影響を及ぼし得る。光の焦点距離は光学装置の大きさに影響し得る。もし、様々な波長から成る光が適切に同調されない場合、画質はよくない。それ故、光学装置の画質を向上させる必要がある。

【発明の概要】

【0003】

本開示は、複数のメタユニットを有する様々な光学装置を提供するものである。複数のメタユニットは光学装置のそれぞれに埋め込まれる。メタユニットのそれぞれは、上部及び底部とからなり、上部の表面面積は底部の表面面積よりも大きい。本開示のメタユニットはより良い光学収差を提供するものであり、光学装置の画質を改善できるものである。

【0004】

本開示の一側面は、光学装置を提供することである。前記光学装置は、光電変換層、下地層、反射防止層、及び複数のメタユニットを含む。前記下地層は前記光電変換層の上に配置される。前記反射防止層は前記下地層の上に配置される。前記メタユニットは前記光電変換層の上方に配置され、ここで、前記複数のメタユニットのそれぞれが上部及び底部を含み、前記底部の前記光電変換層の上への投射が、前記上部の前記光電変換層の上への投射の内側となる。

【0005】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部は前記反射防止層に埋め込まれ、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記底部は前記下地層に埋め込まれる。

【0006】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て長方形を含み、前記複数のメタユニットのそれぞれの底部の形状が、側面方向から見て長方形を含み、前記上部の上部幅は前記底部の底部幅よりも大きい。

【0007】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記光電変換層の上への投射が、互いにスペースをもって離れている。

【0008】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットの前記上部が、連続した上部を形成するようにつながっている。

【0009】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の上部高さが、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記底部の底部高さよりも小さい。

【0010】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの形状が、上面方向から見て、円形、正方形、又は長方形であり、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て、長方形又は台形である。

【0011】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの形状が、上面方向から見てＴ字形又は十字形で、側面方向から見て台形である。

【0012】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの上部の形状が、側面方向から見て台形を含み、前記台形の第１の上部幅が、前記台形の第２の上部幅より小さく、前記台形の底角は３０～９０度の範囲である。

【0013】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットのそれぞれの前記上部の形状が、側面方向から見て台形を含み、前記台形の第１の上部幅が、前記台形の第２の上部幅より大きく、前記台形の一つの底角が９０～１３５度の範囲である。

【0014】

本開示のいくつかの実施形態では、前記光電変換層が第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、及び第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードの間に配置されたデイープトレンチインシュレーションを含み、前記メタユニットが、前記第１のフォトダイオードの上方に配置された第１のメタユニット、前記第２のフォトダイオードの上方に配置された第２のメタユニット、及び前記ディープトレンチアイソレーションの上方に配置された第３のメタユニットを含み、前記第１のメタユニット、前記第２のメタユニット、及び前記第３のメタユニットのサイズが互いに異なる。

【0015】

本開示のいくつかの実施形態では、前記メタユニットは、２次元遷移金属ジカルコゲナイドであるＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＩＴＯ、Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、ＩＩＩ－Ｖ半導体化合物、又はこれらの組み合わせからなり、上記でのｘ及びｙは正の整数で、ｘは１から３の範囲に、ｙは１から４の範囲である。

【0016】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットは、２つ又は３つの層になて配列され、前記メタユニットの最下層は完全に下地層に埋め込まれる。

【0017】

本開示のいくつかの実施形態では、複数のメタユニットの配列は、マトリックス配列、多角形配列、同心円、又は、ランダムである。

【0018】

本開示のいくつかの実施形態では、前記光学装置は、さらに前記光電変換層と前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、前記複数のメタユニットのそれぞれの上部は反射防止層に埋め込まれ、複数のメタユニットのそれぞれの底部は下地層に埋め込まれる。

【0019】

本開示のいくつかの実施形態では、前記光学装置は、前記複数のメタユニットのそれぞれの底面は前記カラーフィルター層の上面に接する。

【0020】

本開示のいくつかの実施形態では、前記光学装置は、さらに、前記光電変換層と前下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、前記カラーフィルター層は、複数の格子及び複数のカラーフィルターを含み、前記複数のメタユニットの前記光電変換層の上への投射が、前記複数の格子の前記光電変換層の上への投射に部分的に重なる。

【0021】

本開示のいくつかの実施形態では、前記光学装置は、さらに、前記光電変換層と前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、前記複数のメタユニットが前記カラーフィルター層に埋め込まれている。

【0022】

本開示のいくつかの実施形態では、前記光学装置は、さらに、前記光電変換層と前記下地層の間に配置されたカラーフィルター層を含み、前記カラーフィルター層が、複数の格子及び複数のカラーフィルターを含み、前記複数のメタユニットの前記光電変換層の上への投射が、前記複数の格子の前記光電変換層の上への投射からスペースをもって離れている。

【0023】

本開示のいくつかの実施形態では、前記複数のメタユニットの屈折率が前記下地層の屈折率よりも大きく、前記下地層の屈折率が前記反射防止層の屈折率より大きく、前記複数のメタユニットの屈折率が１．４から６．５の範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

【0024】

本開示の態様は、添付図を見ることで以下の詳細な説明から最良の理解が得られる。業界の標準的な方法に従い、様々な特徴は、正確な比率ではないことに注意されたい。実際、様々な特性の大きさは、論点を明確にするために、任意に増加したり、減少したりしてもよい。

【図1】本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置の断面図である。

【図2A】図１の光学装置のメタユニットの立体図である。

【図2B】図２Ａのメタユニットの側面方向からみたものである。

【図3A】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図3B】図３Ａのメタユニットの側面方向から見た図である。

【図4A】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図4B】図４Ａのメタユニットの側面方向から見た図である。

【図5】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図6】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図7】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図8】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図9】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図10】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図11】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図12】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの立体図である。

【図13】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの配列の断面図である。

【図14】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの配列の断面図である。

【図15】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの配列の断面図である。

【図16】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの配列の断面図である。

【図17】本開示の代替の実施形態に係るメタユニットの配列の断面図である。

【図18】本開示の実施形態に係るメタユニットの配列の上面方向からの図である。

【図19】本開示の実施形態に係るメタユニットの配列の上面方向からの図である。

【図20】本開示の実施形態に係るメタユニットの配列の上面方向からの図である。

【図21】本開示の実施形態に係るメタユニットの配列の上面方向からの図である。

【図22】本開示の実施形態に係る光学装置の断面図である。

【図23A】本開示の実施形態に係るカラーフィルター層の上面方向からの図である。

【図23B】図２３Ａのカラーフィルター層の上方にあるメタユニットの配列を上面方向から見た図である。

【図24】本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置の断面図である。

【図25】本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置の断面図である。

【図26】本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態又は実施例を提供する。本開示を単純化するために構成要素及び配置の具体例を以下に記載する。これらは、もちろん、単なる例であり、限定することを意図するものではない。例えば、以下の説明における第２の構成の上方又は上の第１の構成の形成は、第１及び第２の構成が直接接触して形成される実施形態を含み得るし、第１及び第２の構成が直接接触しないように、追加の構成が第１及び第２の構成の間に形成され得る実施形態を含み得る。さらに、本開示は、様々な例において参照番号及び／又は文字を繰り返すことがある。この繰り返しは、単純化及び明確化を目的としており、それ自体、説明される様々な実施形態及び／又は構成間の関係を示すものではない。いずれの要素及び構成の数も、単に説明するためのものであり、本開示を制限するためのものではないことを理解されたい。

【0026】

本明細書では、第１、第２などの用語を使用して様々な要素を説明しているが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目の１つ以上のいずれか及びすべての組み合わせを含む。

【0027】

さらに、「下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるように、ある要素又は構成と別の要素又は構成との関係を説明するためのものであり、説明を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描かれた向きに加えて、使用中又は動作中の装置の異なる向きを包含することを意図する。装置は他の方向を向いていてもよく（９０度又は他の向きに回転してもよく）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子も同様に解釈され得る。

【0028】

図１は、本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置１００の断面図である。光学装置１００は、光電変換層１１０、バッファー層１２０、下地層１３０、反射防止（ＡＲＣ）層１４０、及び複数のメタユニット１５０を含む。光電変換層１１０は、複数のフォトダイオード１１２（フォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃを含む）及びフォトダイオード１１２のそれぞれを分離している複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩｓ）１１４を含む。フォトダイオード１１２は、外部光（例えば光Ｌ）を検出するために構成されている。バッファー層１２０は光電変換層１１０の上に配置される。いくつかの実施形態では、バッファー層１２０は有機材料又は無機材料を含んでもよい。バッファー層１２０はシリコンの反射を減らすために構成される。下地層１３０は、バッファー層１２０の上に配置される。いくつかの実施形態では、下地層１３０は、樹脂、ポリイミド、アクリレート、ポリビニルアルコール、又はフォトレジストの材料を含んでもよい。反射防止層１４０は下地層１３０の上に配置され、反射を防ぐために構成される。いくつかの実施形態では、反射防止層１４０は有機マルチフィルム材料、又は、ＳｉＯ_２、ＳｉＨ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２などの無機マルチフィルム材料、もしくは他の適切な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、反射防止層１４０は、モスアイ微細構造などの複数の微細構造を含んでもよい。

【0029】

図１に示すように、メタユニット１５０は光電変換層１１０の上方に配置される。具体的には、メタユニット１５０は下地層１３０と反射防止層１４０に埋め込まれる。メタユニット１５０のそれぞれはスペースを空けて配置されている。メタユニット１５０は、第１の方向Ｄ１に伸び、実質的に第１の方向及び垂直な第２の方向Ｄ２に沿って配置される。複数のメタユニット１５０は「メタ層」を形成する。メタユニット１５０は、メタユニット１５０の形状及び配列によって、集光、光分岐、散乱、フィルタリング、屈折、及び反射といった光学的機能を生むことができる。メタユニット１５０は、光Ｌの焦点を合わせる、焦点をぼかす、又は光学収差を補正するといった撮像機能に用いられる。いくつかの実施形態では、メタユニット１５０は、２次元遷移金属ジカルコゲナイド（２Ｄ ＴＭＤｓ）であるＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ（ｘ及びｙは正の整数で、ｘは１から３の範囲に、ｙは１から４の範囲に入る）、ＩＴＯ、Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、ＩＩＩ－Ｖ半導体化合物、又はこれらの組み合わせからなりからなってもよい。

【0030】

図１を参照されたい。下地層１３０の厚みＴは、バッファー層１２０の上部表面１２０Ｓへのメタユニット１５０のそれぞれのボトム表面１５０Ｓとして定義される。下地層１３０の厚みＴは 光Ｌが反射防止層１４０及びメタユニット１５０を通過した後の光Ｌの焦点距離によって決めてもよい。光Ｌの焦点距離は、異なるメタユニット１５０の設計及び配列に関係する。いくつかの実施形態では、下地層１３０の厚みは、５００、１０００、１３００、１８００、２５００、３０００、又は３５００ｎｍなど、０ｎｍから４０００ｎｍの範囲でよい。下地層１３０の厚みＴが４０００ｎｍよりも大きい場合は、光学装置１００の画質には良い影響を与えないかもしれない。

【0031】

図２Ａは、図１の光学装置１００におけるメタユニット１５０の立体図である。メタユニット１５０は上部ＴＰ及び上部ＴＰとつながった底部ＢＰを含む。上部ＴＰ及び底部ＢＰはいずれも、第１の方向Ｄ１に伸びる。いくつかの実施形態では、上部ＴＰは第１の方向Ｄ１に沿って連続して伸び、底部ＢＰに直接接する。上部ＴＰの表面積Ａｔは底部ＢＰの表面積よりも大きい。上部ＴＰの材料は底部ＢＰの材料と同一である。図２Ａに示すように、メタユニット１５０の形状は、上面方向又は下面方向から見てから見て円形である（Ｄ２－Ｄ３平面において、方向Ｄ３は実質的に方向Ｄ１及び方向Ｄ２に直行する）。上部ＴＰの表面積Ａｔは、底部ＢＰの表面積よりも大きい。上部ＴＰの材料は、底部ＢＰの材料と同一である。図２Ａに示すように、メタユニット１５０の形状は、上面方向又は下面方向から見てから見て円形である（Ｄ２－Ｄ３平面において、方向Ｄ３は実質的に方向Ｄ１及び方向Ｄ２に直行する）図１のように、メタユニット１５０のそれぞれの上部ＴＰは反射防止層１４０に埋め込まれ、メタユニット１５０のそれぞれの底部は下地層１３０に埋め込まれる。

【0032】

図２Ｂは、図２Ａのメタユニット１５０の側面方向から見た図である。メタユニット１５０はＴ字形構造を有している。いくつかの実施形態では、メタユニット１５０の全高Ｈは、１、２．５、３．５、又は、４．５μｍなど、０．０５μｍから５μｍの範囲である。いくつかの実施形態では、上部ＴＰの上部高ｈｔは底部ＢＰのボトム高ｈｂとは異なる。いくつかの実施形態では、上部ＴＰの上部高ｈｔは、底部ＢＰのボトム高よりも小さい。いくつかの実施形態では、ボトム高ｈｂに対する上部高ｈｔの比は、１／１５、１／１０、１／５、１／４、又は１／２であり、１／２０から１の範囲である。いくつかの実施形態では、この比が１／５又は１／４よりも小さいときは、光学装置１００の画質に良い影響を与えないかもしれない。図２Ｂに示されるように、メタユニット１５０のそれぞれの上部ＴＰの形状は側面方向から見て長方形が含まれ、メタユニット１５０のそれぞれの底部ＢＰの形状は、側面方向から見て長方形が含まれる。いくつかの実施形態では、上部ＴＰの上部幅Ｗｔは、底部ＢＰのボトム幅Ｗｂよりも大きい。いくつかの実施形態では、上部幅は、４０ｎｍから８５０ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、ボトム幅Ｗｂは、２０ｎｍから８００ｎｍの範囲である。メタユニット１５０のサイズは、光学装置１００．の設計及び要求により調整できると理解される。

【0033】

図１及び図２Ｂを参照されたい。メタユニット１５０の上部ＴＰは、反射防止層１４０の下部に埋め込まれ、メタユニット１５０の底部ＢＰは下地層１３０の上部に埋め込まれています。上部ＴＰの表面積Ａｔは底部ＢＰの表面積よりも大きく、底部ＢＰの光電変換層１１０の上への投射Ｐｂは、上部ＴＰの光電変換層１１０の上への投射Ｐｔの中に存在するので、図１及び図２Ａを参照されたい。言い換えれば、投射Ｐｂは投射Ｐｔよりも小さい。図１に示されたメタユニット１５０のそれぞれは、底部ＢＰの光電変換層１１０の上への投射Ｐｂ及び上部ＴＰの光電変換層１１０の上への投射Ｐｔを有し、そこでは、異なるメタユニットの投射Ｐｂが互いにスペースをもって離れており、異なるメタユニット１５０の投射Ｐｔは互いにスペースをもって離れていると理解される。

【0034】

いくつかの実施形態では、メタユニット１５０の屈折率は下地層１３０の屈折率よりも大きく、下地層１３０の屈折率は反射防止層１４０の屈折率よりも大きい。異なる波長からなる光Ｌが、光学装置１００に伝わる時、メタユニット１５０でエネルギー共鳴が発生する。具体的には、メタユニット１５０は、反射防止層１４０及び下地層１３０よりも屈折率が高いので、光Ｌはメタユニット１５０の中でエネルギー共鳴により同調される。さらに具体的には、メタユニット１５０の中で、エネルギー共鳴が起きるので、長い波長（例えば、赤色光）を有する光Ｌの屈折角は、短い波長（例えば青色光）を有する光Ｌの屈折角よりも大きくなる。それ故、光Ｌはメタユニット１５０を介し、光電変換層１１０に向けて分光される。加えて、メタユニット１５０はＴ字形構造（メタユニット１５０の上部ＴＰのサイズはメタユニット１５０の底部ＢＰよりも大きい）なので、分光の結果は円柱形のメタユニットよりもよい。結果として、本開示のメタユニット１５０は、光Ｌのより良い分光結果を提供することができ、光学装置１００の画質を改善できる。

【0035】

いくつかの実施形態では、メタユニット１５０の屈折率は、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６など、１．４から６．５の範囲である。もし、メタユニット１５０の屈折率が１．４未満又は６．５超の場合は、上述の望ましい光学現象は得られないかもしれない。もし、メタユニット１５０の屈折率が下地層１３０の屈折率よりも小さい場合は、上述の望ましい光学現象は得られないかもしれない。メタユニット１５０の屈折率が反射防止層１４０の屈折率よりも小さいときは、反射防止層１４０は光Ｌの反射を増加させる。

【0036】

再度、図１を参照されたい。メタユニット１５０のそれぞれのサイズは互いに異なってもよい。例えば、フォトダイオード１１２ｂの上方にあるメタユニット１５０のサイズは、１１２ｃの上方にあるメタユニット１５０よりも大きい（広い）。フォトダイオード１１２ａの上方にあるメタユニット１５０のサイズは、フォトダイオード１１２ｃの上方にあるメタユニット１５０よりも大きい（広い）。フォトダイオード１１２ａの上方にあるメタユニット１５０のサイズ、フォトダイオード１１２ｂの上方にあるメタユニット１５０のサイズ、ＤＴＩ １１４の上方にあるメタユニット１５０のサイズは、互いに異なる。

【0037】

任意の２つの隣接したメタユニット１５０の２つのセンターラインの間のスペースＳは、図１で示すように同一である。いくつかの実施形態では、スペースＳは光Ｌの波長よりも小さい。他の実施形態では、任意の２つのメタユニット１５０の２つの中央線のスペースＳは異なる。いくつかの実施形態では、フォトダイオード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃのいずれか一つの上方に、メタユニット１５０がなくてもよい。異なるメタユニット１５０の異なるサイズ及びメタユニット１５０の配列は、異なる光収差の原因となり、光学装置１００の設計及び要求に応じて調整できるものである。

【0038】

図３Ａ、図４Ａ、及び図５から図１２はそれぞれ、本開示での代替の実施形態に係るメタユニット１５０ａから１５０ｊの立体図である。メタユニット１５０ａから１５０ｊのそれぞれが、図１で示されたメタユニット１５０の代替の実施例になりえる。言い換えれば、図１で示されるメタユニット１５０は、メタユニット１５０ａ～１５０ｊのいずれか一つで置き換えることができる。いくつかの実施形態では、図１で示すメタユニット（メタユニット１５０、１５０ａ～１５０ｊを含む）のそれぞれの形状は、上面方向（Ｄ２－Ｄ３平面）から見て、円形、正方形、長方形、又はこれらの組み合わせである。メタユニット１５０ａ～１５０ｊのいずれか一つの上部ＴＰのそれぞれのサイズはメタユニット１５０ａ～１５０ｊのいずれの底部ＢＰのそれぞれのサイズよりも大きいことに注意されたい。

【0039】

図３Ａ及び図３Ｂを参照されたい。図３Ｂは図３Ａのメタユニット１５０ａの側面方向からの図である。図３Ｂで示されように、メタユニット１５０ａの上部ＴＰの形状は台形を含み、この台形の第１の上部幅Ｗｔ１は、この台形の第２の上部幅Ｗｔ２よりも小さい。具体的には、上部ＴＰは上から下にかけて幅が徐々に増加する。いくつかの実施形態では、この台形の底角θ１は、４５、６０、又は７５度であり、３０度から９０度の範囲である。

【0040】

図４Ａ及び図４Ｂを参照されたい。図４Ｂは図４Ａのメタユニット１５０ｂの側面方向からの図である。図４Ｂで示すように、メタユニット１５０ｂの上部ＴＰの形状は台形を含み、この台形の第１の上部幅Ｗｔ１は、この台形の第２の上部幅Ｗｔ２よりも大きい。具体的には、上部ＴＰは上から下にかけて幅は徐々に減少する。いくつかの実施形態では、この台形の底角θ２は、１００、１１０、１２０、又は１３０度であり、９０度から１３５度の範囲である。図３Ａ及び図４Ａで示すように、メタユニット１５０ａ、１５０ｂの形状は、上面方向又は底面方向から見て円形（Ｄ２－Ｄ３平面）である。

【0041】

図５で示すように、メタユニット１５０ｃの上部ＴＰ及び底部ＢＰの形状はいずれも、上面方向又は下面方向から見て正方形である。図６で示すように、メタユニット１５０ｄの上部ＴＰ及び底部ＢＰの形状はいずれも、上面方向又は下面方向から見て正方形である。メタユニット１５０ｄは側面方向（Ｄ１－Ｄ２平面又はＤ１－Ｄ３平面）から見て台形を有している。

【0042】

図７で示すように、メタユニット１５０ｅの上部ＴＰ及び底部ＢＰの形状はいずれも、上面方向又は下面方向から見て長方形である。図８で示すように、メタユニット１５０ｆの上部ＴＰ及び底部ＢＰの形状はいずれも、上面方向又は下面方向から見て長方形である。メタユニット１５０ｆは側面方向（Ｄ１－Ｄ２平面又はＤ１－Ｄ３平面）から見て台形を有している。言い換えれば、メタユニット１５０ｆは側面方向から見て台形を有している。

【0043】

図９で示すように、メタユニット１５０ｇの上部ＴＰ及び底部ＢＰはいずれも、上面方向又は下面方向から見て、Ｔ字形を有し、上部ＴＰのＴ字形は底部ＢＰのＴ字形よりも大きい。図１０で示すように、メタユニット１５０ｈの上部ＴＰ及び底部ＢＰはいずれも、上面方向又は下面方向から見てＴ字形であり、上部ＴＰのＴ字形は底部ＢＰのＴ字形よりも大きい。メタユニット１５０ｈは側面方向（Ｄ１－Ｄ２平面又はＤ１－Ｄ３平面）から見て台形を有している。

【0044】

図１１で示すように、メタユニット１５０ｉの上部ＴＰ及び底部ＢＰはいずれも、上面方向又は下面方向から見て、十字形を有し、上部ＴＰの十字形は底部ＢＰの十字形よりも大きい。図１２で示すように、メタユニット１５０ｊの上部ＴＰ及び底部ＢＰはいずれも、上面方向又は下面方向から見て十字形を有している。メタユニット１５０ｊは側面方向（Ｄ１－Ｄ２平面又はＤ１－Ｄ３平面）から見て台形を有している。

【0045】

図１３は、本開示の代替の実施形態に係るメタユニット１５０の配列の断面図である。メタユニット１５０のそれぞれのサイズは、互いに同じで、メタユニット１５０のそれぞれは互いにスペースをもって離れている。同様に、メタユニット１５０の上部ＴＰは、反射防止層１４０の下部に埋め込まれ、メタユニット１５０の底部ＢＰは、下地層１３０の上部に埋め込まれている。

【0046】

図１４及び図１５は、本開示の代替の実施形態に係るメタユニット１５０の配列の断面図である。様々なメタユニットの上部ＴＰ（図１を参照されたい）は、一つの連続した上部１５１を形成するように共に結合し、様々なメタユニットの底部ＢＰは連続した上部１５１から突き出ている、その結果、メタユニット１５０は櫛形を有する。具体的には、連続した上部１５１は、下地層１３０及び反射防止層１４０の間に配置される。メタユニット１５０の底部のそれぞれの大きさは図１４に示すように互いに同じである。メタユニット１５０の底部ＢＰのそれぞれの大きさは図１５に示すように互いに異なる。

【0047】

図１６及び図１７は、本開示の代替の実施形態に係るメタユニット１５０の配列の断面図である。図１６に示すように、複数のメタユニットは２層（第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２）に配列されており、第２層は完全に下地層１３０に埋め込まれている。図１７に示すように、複数のメタユニットは３層（第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、及び第３層Ｌ３）に配列されており、第３層は完全に下地層１３０に埋め込まれている。

【0048】

図１８から図２１は、本開示の代替の実施形態に係るメタユニット１５０の配列の上面方向からの図である。メタユニット１５０は、図１８に示すように、マトリックス配列を形成するように配列してもよい。メタユニット１５０は、図１９で示すように六角形配列など多角形配列を形成するように配列してもよい。メタユニット１５０は、図２０のように同心円を形成するよう形成するように配列してもよい。メタユニット１５０は、図１８で示すようにランダムに配列してもよい。メタユニット１５０の配列は、光学装置の設計及び要求に応じて調整できる。

【0049】

図２２は、本開示でのいくつかの実施形態に係る光学装置１００Ａの断面図である。図２２の光学装置１００Ａ及び図１の光学装置１００の違いは、カラーフィルター層１６０である。ここでは、同じ特徴は同じ数値参照でラベルされており、同じ特徴の記載は繰り返されていない。メタユニット１５０は、メタユニット１５０－１、１５０－２、１５０－３、１５０－４、１５０－５、１５０－６、１５０－７を含む。カラーフィルター層１６０は、光電変換層１１０及び下地層１３０の間に配置されている。カラーフィルター層１６０はバッファー層１２０の上に配置されている。カラーフィルター層１６０は、複数の格子１６１及び複数のカラーフィルター１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃを含む。格子１６１は、カラーフィルター１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃを区切るものである。

【0050】

さらに、図２２を参照されたい。メタユニット１５０－２はカラーフィルター１６２ａ及びフォトダイオード１１２ａに対応し、メタユニット１５０－４はカラーフィルター１６２ｂ及びフォトダイオード１１２ｂに対応し、メタユニット１５０－６はカラーフィルター１６２ｃ及びフォトダイオード１１２ｃに対応している。メタユニット１５０－１、１５０－３、１５０－５、１５０－７は、格子１６１及びＤＴＩｓ１１４に対応する。それ故、メタユニット１５０（メタユニット１５０－１～１５０－７を含む）の光電変換層１１０の上への投射は、格子１６１の光電変換層１１０の上への投射と部分的に重なる。具体的には、メタユニット１５０－１、１５０－３、１５０－５、１５０－７の光電変換層１１０の上への投射は、グリッド１６１の光電変換層１１０の上への投射と重なる。カラーフィルター層１６０は一つの配列で並べられ、ＲＧＢフィルター、ＲＧＢＷフィルター、ＲＧＢＣフィルター、ＲＹＹＢフィルター、ＣＭＹフィルター、又は他の組み合わせフィルターを含んでもよい。例えば、カラーフィルター１６２ａは赤フィルターでもよく、カラーフィルター１６２ｂは緑フィルターでもよく、カラーフィルター１６２ｃは青フィルターでもよい。

【0051】

図２３Ａは、本開示のいくつかの実施形態に係るカラーフィルター層１６０ａの上面方向からの図である。カラーフィルター層１６０ａはＲＧＢＷフィルターの配列である。図２３Ｂは、図２３Ａのカラーフィルター層１６０ａの上方にあるメタユニット１５０の上面方向からの図であり、いくつかの要素は明確さのため図示されていない。図２３Ａ及び図２３Ｂで示すように、メタユニット１５０はＲＧＢフィルター上方にのみ配置され、Ｗフィルターの上方に配置されたメタユニット１５０はない。Ｒフィルター、Ｇフィルター、及びＢフィルターのそれぞれにおいて、メタユニット１５０はランダムに配置されている。

【0052】

図２４は、本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置１００Ｂの断面図である。図２４の光学装置１００Ｂ及び図２２の光学装置１００Ａの違いは、下地層１３０の厚みである。具体的には、メタユニット１５０のそれぞれのボトム表面１５０Ｓは、カラーフィルター層１６０の上部表面１６０Ｓに接する。

【0053】

図２５は本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置１００Ｃの断面図である。図２５の光学装置１００Ｃ及び図２２の光学装置１００Ａの違いは、メタユニット１５０の位置及びメタユニット１５０の数である。具体的は、メタユニット１５０－２、１５０－４、１５０－６はカラーフィルター層１６０に埋め込まれる。より具体的には、メタユニット１５０－２はカラーフィルター１６２ａに埋め込まれ、メタユニット１５０－４はカラーフィルター１６２ｂに埋め込まれ、メタユニット１５０－６はカラーフィルター１６２ｃに埋め込まれる。メタユニット１５０（メタユニット１５０－２、１５０－４、１５０－６）は格子１６１からスペースをもって離れており、メタユニット１５０（メタユニット１５０－２、１５０－４、１５０－６）の光電変換層１１０の上への投射は、格子１６１の光電変換層１１０の上への投射からスペースをとって離れている。

【0054】

図２６は、本開示のいくつかの実施形態に係る光学装置１００Ｄの断面図である。図２６の光学装置１００Ｄ及び図２５の光学装置１００Ｃの違いは、格子１６１及びメタユニット１５０の数である。具体的には、光学装置１００Ｃにおけるカラーフィルター層１６０の格子１６１は、メタユニット１５０－１、１５０－３、１５０－５、１５０－７によって置き換えられている。メタユニット１５０－２は、カラーフィルター１６２ａの中に残り、メタユニット１５０－４はカラーフィルター１６２ｂの中に残り、メタユニット１５０－６はカラーフィルター１６２ｃに残っている。メタユニット１５０－３はカラーフィルター１６２ａ及び１６２ｂの境界に配置され、メタユニット１５０－５はカラーフィルター１６２ｂ及び１６２ｃの境界に配置される。

【0055】

本開示の光学装置は、内部に埋め込まれた複数のメタユニットを有している。メタユニットのそれぞれは、上部及び底部を有し、上部の表面積は底部の表面積よりも大きい。本開示のメタユニットは、よりよい光学収差を提供することができ、光学装置の画質を向上させるものである。

【0056】

本開示は以上の通りであるが、本開示は本開示を制限するために使われるものではない。当業者は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換、及び改変を行うことができる。したがって、本開示の保護範囲は、本願に添付された特許請求の範囲及びその同等の構成に従うものである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24】

【図25】

【図26】