(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-13
(45)【発行日】2023-07-24
(54)【発明の名称】固体撮像素子
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20230714BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20230714BHJP
G02B 7/34 20210101ALI20230714BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
H01L27/146 A
G02B5/20 101
G02B7/34
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020131920
(22)【出願日】2020-08-03
(65)【公開番号】P2021145121
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2020-08-03
【審判番号】
【審判請求日】2022-05-30
(31)【優先権主張番号】16/814,237
(32)【優先日】2020-03-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【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】110000486
【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李京樺
(72)【発明者】
【氏名】張育淇
(72)【発明者】
【氏名】林正軒
(72)【発明者】
【氏名】▲呉▼翰林
【合議体】
【審判長】瀧内 健夫
【審判官】恩田 春香
【審判官】松永 稔
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１７４１４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１４－５２２１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５１０２５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７５９１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－６３１７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４８４３０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０１７１８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01L27/146
G02B 5/20
G02B 7/34
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含み、
前記第１のカラーフィルタ層の高さおよび前記第２のカラーフィルタ層の高さは、
前記第１のグリッドの高さよりそれぞれ低く、
前記第１のカラーフィルタ層の高さおよび前記第２のカラーフィルタ層の高さは、前記第２のグリッドの高さより高い、または前記第２のグリッドの高さと等しい固体撮像素子。
【請求項2】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含み、
前記第１のカラーフィルタ層の高さおよび前記第２のカラーフィルタ層の高さは、前記第１のグリッドの高さよりそれぞれ低く、
前記第１のカラーフィルタ層の高さは、前記第２のグリッドの高さと等しく、または前記第２のグリッドの高さより高く、
前記第２のカラーフィルタ層の高さは、前記第２のグリッドの高さより低い固体撮像素子。
【請求項3】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含み、
前記第１のカラーフィルタ層の高さおよび前記第２のカラーフィルタ層の高さは、
前記第１のグリッドの高さよりそれぞれ低く、
前記第１のカラーフィルタ層の高さおよび前記第２のカラーフィルタ層の高さは、前記第２のグリッドの高さよりそれぞれ低い固体撮像素子。
【請求項4】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含む固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子の断面視において、
前記第２のグリッド構造は複数のグリッドセグメントを含み、
２つの隣接するグリッドセグメント間の距離は、複数の前記グリッドセグメント間の距離のうち、少なくとも２つの前記グリッドセグメント間の距離が異なる固体撮像素子。
【請求項5】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含み、
前記第１のグリッド構造は、第１のベース部分および前記第１のベース部分上に配置された第１の付加部分を含み、
前記第２のグリッド構造は、第２のベース部分および前記第２のベース部分上に配置された第２の付加部分を含み、
前記第１のベース部分の高さは、前記第２のベース部分の高さと等しく、
前記第１の付加部分の高さは、前記第２の付加部分の高さより高い固体撮像素子。
【請求項6】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含み、
前記第１のグリッド構造は、第１のベース部分および前記第１のベース部分上に配置された第１の付加部分を含み、
前記第２のグリッド構造は、第２のベース部分および前記第２のベース部分上に配置された第２の付加部分を含み、
前記第１のベース部分の材料は、前記第２のベース部分の材料と同じであり、
前記第１の付加部分の材料は、前記第２の付加部分の材料と同じである固体撮像素子。
【請求項7】
前記光電変換素子は、複数の通常画素、および前記通常画素で囲まれた複数の位相差検出オートフォーカス画素に配置される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項8】
前記固体撮像素子の断面視において、前記第１のグリッド構造は台形として形成され、
前記第２のグリッド構造は台形として形成される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項9】
前記第１のカラーフィルタ層および前記第２のカラーフィルタ層上に配置された複数の集光構造とをさらに含み、前記集光構造のそれぞれは、前記第１のカラーフィルタセグメントおよび前記第２のカラーフィルタセグメントの１つに対応する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項10】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含む固体撮像素子であって、
前記第１のカラーフィルタ層および前記第２のカラーフィルタ層上に配置された複数の集光構造とをさらに含み、
前記集光構造のそれぞれは、前記第１のカラーフィルタセグメントおよび第２のカラーフィルタセグメントの少なくとも２つに対応し、
前記第２のグリッドの高さは、前記第１のグリッドの高さと等しく、
前記固体撮像素子の断面視において、
前記第１のグリッド構造は複数の第１のグリッドセグメントを含み、
前記第２のグリッド構造は複数の第２のグリッドセグメントを含み、
２つの隣接する第２のグリッドセグメント間の距離は、複数の前記グリッドセグメント間の距離のうち、少なくとも２つの前記グリッドセグメント間の距離が異なる固体撮像素子。
【請求項11】
前記固体撮像素子の上面視において、前記第１のグリッド構造は、複数の検知領域を定義し、
前記検知領域のそれぞれは、ｘ２個の第１のカラーフィルタセグメントまたはｘ２個の第２のカラーフィルタセグメントを含み、
ｘは、２以上の正の整数である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項12】
複数の光電変換素子と、前記光電変換素子の上に配置され、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する第１のカラーフィルタ層と、
前記光電変換素子の上に配置され、前記第１のカラーフィルタ層に隣接し、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する第２のカラーフィルタ層と、
前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第１のグリッドの高さを有する第１のグリッド構造と、
前記第１のカラーフィルタセグメント間および前記第２のカラーフィルタセグメント間に配置され、前記第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する第２のグリッド構造とを含み、
前記第１のグリッド構造の屈折率および前記第２のグリッド構造の屈折率は、前記第１のカラーフィルタ層の屈折率および前記第２のカラーフィルタ層の屈折率より低く、
前記第１のグリッド構造の屈折率および前記第２のグリッド構造の屈折率は、１．０より大きく１．９９以下である固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、グリッドの高さが異なるグリッド構造を含む固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
固体撮像素子（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサなど）は、デジタル静止画カメラ、デジタルビデオカメラなどの様々な撮像装置に広く用いられている。固体撮像素子の光検知部は、複数の画素のそれぞれに形成され、信号電荷が光検知部で受光した受光量に応じて発生される。また、光検知部で発生した信号電荷が伝達されて増幅されることにより、画像信号が得られる。
【0003】
固体撮像素子では、グリッド構造は、異なるカラーフィルタ層を分離するように用いられる。しかしながら、一般的なグリッド構造には一定のグリッドの高さがあり、これは、異なる方向（回折格子のように）に伝播するいくつかのビームに光を分割して回折する可能性があるため、取得した画像に花びら状のフレア（ｐｅｔａｌ ｆｌａｒｅ）が発生することがある。また、一般的な固体撮像素子では、異なるカラーフィルタ層間のクロストークが発生する可能性がある。従って、固体撮像素子の設計と製造には、依然としてさまざまな課題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
グリッドの高さが異なるグリッド構造を含む固体撮像素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示のいくつかの実施形態では、固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、複数の光電変換素子を含む。固体撮像素子は、光電変換素子の上に配置された第１のカラーフィルタ層も含む。第１のカラーフィルタ層は、複数の第１のカラーフィルタセグメントを有する。固体撮像素子は、光電変換素子の上に配置され、第１のカラーフィルタ層に隣接する第２のカラーフィルタ層をさらに含む。第２のカラーフィルタ層は、複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する。固体撮像素子は、第１のカラーフィルタ層と第２のカラーフィルタ層の間に配置された第１のグリッド構造を含む。第１のグリッド構造は第１のグリッドの高さを有する。固体撮像素子は、第１のカラーフィルタセグメント間および第２のカラーフィルタセグメント間に配置された第２のグリッド構造も含む。第２のグリッド構造は、第１のグリッドの高さより低い第２のグリッドの高さを有する。
【発明の効果】
【0006】
本開示のいくつかの実施形態では、固体撮像素子は、異なるグリッドの高さを有するグリッド構造を含み、グリッド構造が回折を生成するのを防ぐことができる。これにより、固体撮像素子の光電変換素子からの画像信号の品質を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。業界の標準的な慣行に従って、さまざまな特徴が縮尺どおりに描かれていない。実際、さまざまな特徴の寸法は、説明を明確にするために、任意に拡大または縮小されている。
【発明を実施するための形態】
【0008】
次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。
【0009】
追加のステップが、例示された方法の前、間、または後に実施されてもよく、例示された方法のその他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるか、または省略されてもよい。
【0010】
さらに、「下の方」、「下方」、「下部」、「上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴の、別の（複数の）要素と（複数の）特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。
【0011】
本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、記載されている値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－５％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－３％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－２％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、記載されている値の＋／－０．５％を意味する。本開示で記載されている値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語の具体的な説明がないとき、記載されている値は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味を含む。
【0012】
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
【0013】
本開示は、以下の実施形態において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。
【0014】
固体撮像素子は、受光ユニットに入射する光の方向により、大きく２つのグループに分類できる。１つは、読み取り回路の配線層が形成された半導体基板の表面に入射する光を受光する表面照射（ＦＳＩ）イメージセンサである。もう一つは、配線層が形成されていない半導体基板の裏面に入射する光を受光する裏面照射型（ＢＳＩ）イメージセンサである。カラー画像を画像化するために、カラーフィルタ層がＦＳＩおよびＢＳＩ画像センサに提供され得る。ＦＳＩおよびＢＳＩイメージセンサは、通常、グリッド構造を有し、カラーフィルタ層を分離して混色を防ぐ。
【0015】
本開示のいくつかの実施形態によれば、固体撮像素子は、グリッド構造が回折を生成するのを防ぐことができる、異なるグリッドの高さを有する２つの異なるグリッド構造を含むことができ、これにより、固体撮像素子の光電変換素子（例えば、通常画素または位相検出オートフォーカス（ＰＤＡＦ）画素に配置できる）からの画像信号の品質を向上させる。
【0016】
図１は、本開示の一実施形態による固体撮像素子１０を示す上面図である。図２は、図１のＡ－Ａ’線に沿った固体撮像素子１０の断面図である。すなわち、図２は、固体撮像素子１０の上面に対して平行で、固体撮像素子１０の上面の一辺に対して平行であるＡ－Ａ’線に沿って、固体撮像素子１０の上面に対して垂直な平面で切った固体撮像素子１０の断面の図である。図３は、図１のＢ－Ｂ’線に沿った固体撮像素子１０の断面図である。すなわち、図３は、固体撮像素子１０の上面に対して平行で、Ａ－Ａ‘線に対して垂直であるＢ－Ｂ’線に沿って、固体撮像素子１０の上面に対して垂直な平面で切った固体撮像素子１０の断面の図である。簡略化のため、図１～図３では、固体撮像素子１０の一部の構成要素が省略されてもよい。
【0017】
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１０は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサであり得るが、本開示はこれに限定されない。図２および図３に示すように、固体撮像素子１０は、例えば、ウェハまたはチップであり得る半導体基板１０１を含むが、本開示はこれに限定されない。半導体基板１０１は、表面１０１Ｆと、表面１０１Ｆと反対側の裏面１０１Ｂとを有する。半導体基板１０１には、フォトダイオードなどの複数の光電変換素子１０３が形成されていてもよい。
【0018】
いくつかの実施形態では、半導体基板１０１内の光電変換素子１０３は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）領域またはディープトレンチアイソレーション領域などの分離構造（図示せず）によって互いに分離されることができる。分離構造は、エッチングプロセスを用いて半導体基板１０１に形成されて、トレンチを形成し、トレンチを絶縁材料または誘電体材料で充填することができる。
【0019】
いくつかの実施形態では、光電変換素子１０３は、半導体基板１０１の裏面１０１Ｂに形成され、配線層１０５は、半導体基板１０１の表面１０１Ｆに形成されるが、本開示はこれに限定されない。配線層１０５は、複数の誘電体層に埋め込まれた複数の導電線およびビアを含む相互接続構造であることができ、固体撮像素子１０に必要な様々な電気回路をさらに含むことができる。入射光は、裏面１０１Ｂ側に照射され、光電変換素子１０３で受光されることができる。
【0020】
図２および図３に示された固体撮像素子１０は、裏面照射（ＢＳＩ）イメージセンサと呼ばれるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、固体撮像素子は、前面照射（ＦＳＩ）イメージセンサであってもよい。図２および図３に示された半導体基板１０１および配線層１０５は、ＦＳＩイメージセンサ用に反転されてもよい。ＦＳＩイメージセンサでは、入射光は、表面１０１Ｆ側に照射され、配線層１０５を通過し、次いで半導体基板１０１の裏面１０１Ｂに形成された光電変換素子１０３で受光される。
【0021】
図２および図３に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１０は、半導体基板１０１の裏面１０１Ｂ上に形成され、光電変換素子１０３を覆う高誘電率（高κ）膜１０７も含むことができる。高ｋ膜１０７の材料は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ハフニウムタンタル（ＨｆＴａＯ）、酸化ハフニウムチタン（ＨｆＴｉＯ）、酸化ハフニウムジルコニウム（ＨｆＺｒＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、その他の適切な高ｋ誘電体材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれに限定されない。高ｋ膜１０７は、堆積プロセスによって形成されてもよい。堆積プロセスは、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、または別の堆積技術である。高ｋ膜１０７は、高屈折率および光吸収能力を有することができる。
【0022】
図２および図３に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子１０は、高ｋ膜１０７上に形成されたバッファ層１０９をさらに含んでもよい。バッファ層１０９の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、その他の適切な絶縁材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示は、それに限定されない。バッファ層１０９は、堆積プロセスによって形成されてもよい。堆積プロセスは、例えば、スピンオンコーティング、化学気相堆積、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積、物理気相堆積（ＰＶＤ）、またはその他の堆積技術である。
【0023】
図１～図３に示すように、固体撮像素子１０は、光電変換素子１０３の上に配置された第１のカラーフィルタ層および第２のカラーフィルタ層を含む。より詳細には、第１のカラーフィルタ層は複数の第１のカラーフィルタセグメントを有し、第２のカラーフィルタ層は複数の第２のカラーフィルタセグメントを有する。いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタ層は、緑色（Ｇ）カラーフィルタ層であってもよく、これは、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇと呼ばれる。即ち、第１のカラーフィルタセグメントは、緑色フィルタセグメント１１５ＧＳと呼ばれる緑色フィルタセグメントであってもよい。さらに、第２のカラーフィルタ層は、青色（Ｂ）カラーフィルタであってもよく、これは、青色カラーフィルタ層１１５Ｂと呼ばれる。即ち、第２のカラーフィルタセグメントは、青色フィルタセグメント１１５ＢＳと呼ばれる青色フィルタセグメントであってもよい。図１から図３に示された実施形態では、第２のカラーフィルタ層（即ち、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ）は、第１のカラーフィルタ層（即ち、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ）に隣接して配置されるが、本開示はこれに限定されない。
【0024】
いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタ層は、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ、赤色カラーフィルタ層１１５Ｒ、および青色カラーフィルタ層１１５Ｂのうちの１つであってもよく、第２のカラーフィルタ層は、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ、赤色カラーフィルタ層１１５Ｒ、および青色カラーフィルタ層１１５Ｂのうちの別の一つであってもよいが、本開示は、これに限定されない。いくつかの他の実施形態では、第１のカラーフィルタ層または第２のカラーフィルタ層は、白色カラーフィルタ層であってもよい。
【0025】
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１０は、図２および図３に示されるように、バッファ層１０９上に形成された複数の金属グリッド１１１を含むことができるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、金属グリッド１１１の材料は、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、金属窒化物（例えば、窒化チタン（ＴｉＮ））、他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示は、これに限定されない。金属グリッド１１１は、バッファ層１０９上に金属層を堆積させ、次いでフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを用いて金属層をパターン化してグリッド構造を形成することによって形成されることができるが、本開示はこれに限定されない。
【0026】
図１から図３に示すように、固体撮像素子１０は、第１のグリッド構造１２１および第２のグリッド構造１２３も含む。第１のグリッド構造１２１は、第１のカラーフィルタ層と第２のカラーフィルタ層の間に配置され、第２のグリッド構造１２３は、第１のカラーフィルタセグメントの間および第２のカラーフィルタセグメントの間に配置される。即ち、図２に示されるように第１のグリッド構造１２１は、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇと青色カラーフィルタ層１１５Ｂの間に配置されてもよく、第２のグリッド構造１２３は、緑色フィルタセグメント１１５ＧＳの間と青色フィルタセグメント１１５ＢＳの間に配置されてもよい。さらに、図３に示されるように、第１のグリッド構造１２１も緑色カラーフィルタ層１１５Ｇと赤色カラーフィルタ層１１５Ｒの間に配置され、第２のグリッド構造１２３も赤色フィルタセグメント１１５ＲＳの間に配置されてもよい。
【0027】
いくつかの実施形態では、第１のグリッド構造１２１の材料および第２のグリッド構造１２３の材料は、約１．０から約１．９９の範囲の低屈折率を有する透明な誘電体材料を含むことができる。例えば、第１のグリッド構造１２１と第２のグリッド構造１２３の屈折率は、１．０より大きく１．９９以下であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、第１のグリッド構造１２１の屈折率および第２のグリッド構造１２３の屈折率は、第１のカラーフィルタ層の屈折率および第２のカラーフィルタ層の屈折率より低い。
【0028】
図２および図３に示されるように、第１のグリッド構造１２１は第１のグリッドの高さＨ１を有し、第２のグリッド構造１２３は第２のグリッドの高さＨ２を有する。本開示の実施形態では、第２のグリッドの高さＨ２は、第１のグリッドの高さＨ１より低い。
【0029】
一定のグリッドの高さを有する従来のグリッド構造と比較して、本開示の実施形態における固体撮像素子１０は、グリッド構造が回折を生成することを防ぐことができる、異なるグリッドの高さを有する第１のグリッド構造１２１および第２のグリッド構造１２３を含み、それにより、固体撮像素子１０の光電変換素子１０３からの画像信号の品質を向上させる。
【0030】
図２および図３に示されるように、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧ、青色カラーフィルタ層１１５Ｂの高さＨＢ、および赤色カラーフィルタ層１１５Ｒの高さＨＲは、第１のグリッド構造１２１の第１のグリッドの高さＨ１よりそれぞれ低く、これは、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ、および赤色カラーフィルタ層１１５Ｒが混合されなくてもよいことを意味し、それにより、固体撮像素子１０のクロストークを防止する。
【0031】
この実施形態では、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧは、図２および図３に示されるように、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２より高く、青色カラーフィルタ層１１５Ｂの高さＨＢは、図２に示されるように、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２より低く、赤色カラーフィルタ層１１５Ｒの高さＨＲは、図３に示されるように、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２より高いが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、青色カラーフィルタ層１１５Ｂの高さＨＢも第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２以上であってもよく、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧおよび赤色カラーフィルタ層１１５Ｒの高さＨＲも第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２以下であってもよい。
【0032】
また、図３では、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧは、赤色カラーフィルタ層１１５Ｒの高さＨＲと対応するものとして示されているが、本開示はこれに限定されない。緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧ、青色カラーフィルタ層１１５Ｂの高さＨＢ、および赤色カラーフィルタ層１１５Ｒの高さＨＲは、必要に応じて調整されることができる（例えば、光電変換素子１０３が受信した信号の品質を向上させるように）。
【0033】
さらに、図２および図３では、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２が一定であるように示されているが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２は可変であってもよい。すなわち、複数の第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２は、複数の第２のグリッドの高さＨ２のうち、少なくとも２つの第２のグリッドの高さＨ２が異なることとしてもよい。例えば、固体撮像素子１０の中央領域に対応する第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２は、固体撮像素子１０の端部領域に対応する第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドの高さＨ２と異なって、光電変換素子１０３が受信した信号の品質を向上させることができるが本開示はこれに限定されない。
【0034】
図２および図３の固体撮像素子１０の断面図では、第１のグリッド構造１２１は、複数の第１のグリッドセグメント１２１Ｓを含む（またはそうだとされる）ことができ、第２のグリッド構造１２３は、複数の第２のグリッドセグメント１２３Ｓを含む（またはそうだとされることができる）。図２および図３に示されるように、いくつかの実施形態では、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１は、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２と異なるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１は、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２と対応するかまたはそれと近くてもよい。
【0035】
同様に、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２は、可変であってもよい。すなわち、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２は、複数の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２のうち、少なくとも２つの第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２が異なることとしてもよい。例えば、固体撮像素子１０の中央領域に対応する２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２は、固体撮像素子１０の端部領域に対応する２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２と異なることとしてもよい。即ち、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドセグメント１２３Ｓは、光電変換素子１０３によって受信された信号をより良い品質にするために余分なシフト（ｅｘｔｒａ－ｓｈｉｆｔ）を有することができるが、本開示はこれに限定されない。
【0036】
図２および図３に示されるように、いくつかの実施形態では、固体撮像素子は、カラーフィルタ層（例えば、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ、または赤色カラーフィルタ層１１５Ｒ）上に配置された複数の集光構造１１９をさらに含んで入射光を集光する。いくつかの実施形態では、集光構造１１９の材料は、透明な材料であってもよい。例えば、集光構造１１９の材料は、ガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、集光構造１１９は、フォトレジストリフロー法、ホットエンボス法、任意の他の適用可能な方法、またはそれらの組み合わせによって形成されることができる。いくつかの実施形態では、集光構造１１９を形成するステップは、スピンコーティングプロセス、リソグラフィプロセス、エッチングプロセス、任意の他の適用可能なプロセス、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれに限定されない。
【0037】
いくつかの実施形態では、集光構造１１９は、半凸レンズまたは凸レンズなどのマイクロレンズ構造であることができるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、集光構造１１９は、マイクロピラミッド構造（例えば、円錐、四角錐など）であってもよく、またはマイクロ台形（ｍｉｃｒｏ－ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ）構造（例えば、平頂円錐、平頂四角錐など）であってもよい。あるいは、集光構造１１９は、屈折率勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ－ｉｎｄｅｘ）構造であってもよい。
【0038】
図２および図３に示される実施形態では、集光構造１１９のそれぞれは、緑色フィルタセグメント１１５ＧＳの１つ、青色フィルタセグメント１１５ＢＳの１つ、または赤色フィルタセグメント１１５ＲＳの１つに対応するが、本開示はこれに限定されない。他の実施形態（以下の図１０など）では、集光構造１１９のそれぞれは、少なくとも２つの緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ、少なくとも２つの青色フィルタセグメント１１５ＢＳ、または少なくとも２つの赤色フィルタセグメント１１５ＲＳに対応することができる。
【0039】
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１０（例えば、図１）の上面図では、第１のグリッド構造１２１は、複数の検知領域を定義する。検知領域のそれぞれは、ｘ２の第１のカラーフィルタセグメントまたはｘ２の第２のカラーフィルタセグメントが含まれ、ここでは、ｘは２以上の正の整数である。例えば、第１のグリッド構造１２１は、図１の複数の検知領域Ｓを定義することができ、検知領域Ｓのそれぞれは、４個（２２）の緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ、４個（２２）の青色フィルタセグメント１１５ＢＳ、または４個（２２）の赤色フィルタセグメント１１５ＲＳを含むことができるが、本開示はこれに限定されない。
【0040】
図４は、本開示のもう一つの実施形態による固体撮像素子１２の断面図である。図５は、本開示のさらにもう一つの実施形態による固体撮像素子１４の一部の断面図である。図６は、固体撮像素子１４のもう一つの部分の断面図である。同様に、図４から図６では、簡略化のため、固体撮像素子１２のいくつかの構成要素および固体撮像素子１４のいくつかの構成要素が省略されることとしてもよい。
【0041】
図４に示すように、固体撮像素子１２は、複数の光電変換素子１０３を含む。固体撮像素子１２も光電変換素子１０３の上に配置された緑色カラーフィルタ層１１５Ｇを含む。緑色カラーフィルタ層１１５Ｇは、複数の緑色フィルタセグメント１１５ＧＳを有する。固体撮像素子１２は、緑色フィルタセグメント１１５ＧＳの間に配置された第１のグリッド構造１２１および第２のグリッド構造１２３を含む。第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）は、第１のグリッドの高さＨ１を有し、第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）は、第１のグリッドの高さＨ１より低い第２のグリッドの高さＨ２を有する。
【0042】
この実施形態では、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）の高さＨＧは、第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）の第２のグリッドの高さＨ２より高く、第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）の第１のグリッドの高さＨ１より低いが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）の高さＨＧも、第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）の第２のグリッドの高さＨ２以下であることができる。
【0043】
図４に示されるように、光電変換素子１０３は、複数の通常画素Ｐ、および通常画素Ｐで囲まれた複数の位相差オートフォーカス画素ＰＤＡＤに配置されることができるが、本開示はこれに限定されない。また、図４の緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）は、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）、赤色カラーフィルタ層１１５Ｒ（赤色フィルタセグメント１１５ＲＳ）、または他のカラーフィルタ層で置き換えることができる。
【0044】
図５に示すように、固体撮像素子１４は、図１から図３に示された固体撮像素子１０と類似の構造を有することができる。固体撮像素子１０との違いは、固体撮像素子１４の第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）が第１のグリッド幅Ｗ１を有し、固体撮像素子１４の第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）が第２のグリッド幅Ｗ２（またはＷ２’）を有し、且つ第２のグリッド幅Ｗ２（またはＷ２’）が第１のグリッド幅Ｗ１と異なることができることである。
【0045】
例えば、図５に示すように、第１のグリッドセグメント１２１Ｓは第１のグリッド幅Ｗ１を有し、青色フィルタセグメント１１５ＢＳの間の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ１は第２のグリッド幅Ｗ２を有し、緑色フィルタセグメント１１５ＧＳの間の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ２は、第２のグリッド幅Ｗ２’を有する。この実施形態では、第２のグリッドセグメント１２３Ｓ１の第２のグリッド幅Ｗ２および第２のグリッドセグメント１２３Ｓ２の第２のグリッド幅Ｗ２’は、第１のグリッドセグメント１２１Ｓの第１のグリッド幅Ｗ１よりそれぞれ大きいが、本開示は、これに限定されない。
【0046】
さらに、第２のグリッドセグメント１２３Ｓ１の第２のグリッド幅Ｗ２および第２のグリッドセグメント１２３Ｓ２の第２のグリッド幅Ｗ２’は、必要に応じて、同じであっても異なっていてもよい。
【0047】
図５は、固体撮像素子１４の中央領域に対応する断面図であることができ、図６は、固体撮像素子１４の端部領域に対応する断面図であることができる。図５に示された集光構造１１９と比較して、図６に示された緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）、および、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）と青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）とに対応する集光構造１１９は、位置をずらして配置されてもよい。これにより、固体撮像素子１４の異なる領域（例えば、中央領域と端部領域）にある光電変換素子１０３で受けた同じ色（例えば、緑色、青色、または赤色）の輝度がより均一にすることができる。
【0048】
いくつかの他の実施形態では、図５に示された第２のグリッドセグメント１２３Ｓ１の第２のグリッド幅Ｗ２、第２のグリッドセグメント１２３Ｓ２の第２のグリッド幅Ｗ２’、図６に示された第２のグリッドセグメント１２３Ｓ３の第２のグリッド幅Ｗ２”、および第２のグリッドセグメント１２３Ｓ４の第２のグリッド幅Ｗ２”’は、必要に応じて、全て同じであっても異なっていてもよい。
【0049】
さらに、いくつかの実施形態では、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離は、可変であることができる。すなわち、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離は、複数の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離のうち、少なくとも２つの第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離が異なることとしてもよい。例えば、図５の（固体撮像素子１４の中央領域に対応する）隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ１と第２のグリッドセグメント１２３Ｓ２間の距離Ｐ２は、図６の（固体撮像素子１４の端部領域に対応する）隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ３と第２のグリッドセグメント１２３Ｓ４間の距離Ｐ２’とは異なることとしてもよい。即ち、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ３および第２のグリッドセグメント１２３Ｓ４は、光電変換素子１０３によって受信された信号をより良い品質にするために余分なシフトを有することができるが、本開示はこれに限定されない。
【0050】
図７は、本開示の一実施形態による固体撮像素子１６の断面図である。図８は、本開示のもう一つの実施形態による固体撮像素子１８の断面図である。図９は、本開示のさらにもう一つの実施形態による固体撮像素子２０の断面図である。同様に、図７から図９では、簡略化のため、固体撮像素子１６のいくつかの構成要素、固体撮像素子１８のいくつかの構成要素、および固体撮像素子２０のいくつかの構成要素が省略されることとしてもよい。
【0051】
図７に示すように、固体撮像素子１６は、図１から図３に示された固体撮像素子１０と類似の構造を有することができる。固体撮像素子１０との違いは、固体撮像素子１６の第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）が第１のベース部分１２１ｂ、および第１のベース部分１２１ｂ上に配置された第１の付加部分１２１ａを含み、第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）が第２のベース部分１２３ｂ、および第２のベース部分１２３ｂ上に配置された第２の付加部分１２３ａを含むことである。
【0052】
図７に示されるように、いくつかの実施形態では、第１のベース部分１２１ｂの高さＨ１ｂは、第２のベース部分１２３ｂの高さＨ２ｂと対応することとしてもよく、第１の付加部分１２１ａの高さＨ１ａは、第２の付加部分１２３ａの高さＨ２ａより高いこととしてもよく、第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）の第２のグリッドの高さＨ２が第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）の第１のグリッドの高さＨ１より低いこととしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0053】
いくつかの実施形態では、第１のグリッド構造１２１の第１のベース部分１２１ｂの材料は、第２のグリッド構造１２３の第２のベース部分１２３ｂの材料と同じであることとしてもよく、第１のグリッド構造１２１の第１の付加部分１２１ａの材料は、第２のベース部分１２３ｂの第２の付加部分１２３ａの材料と同じであることとしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0054】
図８に示すように、固体撮像素子１８は、図１から図３に示された固体撮像素子１０と類似の構造を有することができる。固体撮像素子１０との違いは、固体撮像素子１８の第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）も緑色フィルタセグメント１１５ＧＳの間に配置されることができることであるが、本開示はこれに限定されない。 いくつかの他の実施形態では、第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）は、青色フィルタセグメント１１５ＢＳ、赤色フィルタセグメント１１５ＲＳ、または他のカラーフィルタセグメントの間に配置されることもできる。即ち、第１のグリッド構造１２１のいくつかの第１のグリッドセグメント１２１Ｓは、同じ色の２つのカラーフィルタセグメントの間に配置されることができる。
【0055】
図８に示されるように、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離も、可変であってもよい（例えば、Ｐ１およびＰ１’）。すなわち、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離は、複数の第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離のうち、少なくとも２つの第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離が異なることとしてもよい。この実施形態では、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２”は、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１またはＰ１’より長いことができ、それは、図２または図３に示された２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ間の距離Ｐ２より長いこととしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0056】
上述の実施形態では、第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）または第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）は、固体撮像素子の断面図では長方形であるとして示されているが、本開示はこれに限定されない。図９に示されるように、固体撮像素子２０の断面図では、第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）は台形として形成されることとしてもよく、第２のグリッド構造１２３（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ）は台形として形成されることとしてもよい。即ち、第１のグリッド構造１２１の第１のグリッドセグメント１２１Ｓの上部の幅は、第１のグリッド構造１２１の第１のグリッドセグメント１２１Ｓの下部の幅より小さいこととしてもよく、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドセグメント１２３Ｓの上部の幅は、第２のグリッド構造１２３の第２のグリッドセグメント１２３Ｓの下部の幅より小さいこととしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0057】
図１０は、本開示の一実施形態による固体撮像素子２２の断面図である。図１０に示すように、固体撮像素子２２は、図１から図３に示された固体撮像素子１０と類似の構造を有することができる。固体撮像素子１０との違いは、集光構造１１９’のそれぞれが２つの緑色フィルタセグメント１１５ＧＳおよび２つの青色フィルタセグメント１１５ＢＳに対応することであるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、集光構造１１９’ のそれぞれは、赤色フィルタセグメントまたは他のカラーフィルタセグメントに対応することとしてもよく、集光構造１１９’ のそれぞれが対応するカラーフィルタセグメントの数は、２つ以上であることとしてもよい。
【0058】
図１１は、本開示のもう一つの実施形態による固体撮像素子２４の一部の断面図である。図１２は、固体撮像素子２４のもう一部の断面図である。例えば、図１１は、固体撮像素子２４の中央領域に対応する断面図であり、図１２は、固体撮像素子２４の端部領域に対応する断面図である。
【0059】
図１１および図１２に示すように、固体撮像素子２４は、図１０に示された固体撮像素子２２と同様の構造を有することとしてもよい。即ち、集光構造１１９’ のそれぞれは、少なくとも２つの緑色フィルタセグメント１１５ＧＳおよび少なくとも２つの青色フィルタセグメント１１５ＢＳに対応するが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、各集光構造１１９’のそれぞれは、赤色フィルタセグメントまたは他のカラーフィルタセグメントに対応することとしてもよく、集光構造１１９’ のそれぞれが対応するカラーフィルタセグメントの数は、２つ以上であることとしてもよい。
【0060】
固体撮像素子２２との違いは、図１１および図１２に示されるように固体撮像素子２４では、第２のグリッド構造１２３’（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’）の第２のグリッドの高さＨ２’は、第１のグリッド構造１２１（第１のグリッドセグメント１２１Ｓ）の第１のグリッドの高さＨ１に対応する。同様に、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧおよび青色カラーフィルタ層１１５Ｂの高さＨＢは、第２のグリッド構造１２３’の第２のグリッドの高さＨ２’よりそれぞれ低い（且つ第１のグリッド構造１２１の第１のグリッドの高さＨ１より低い）が、本開示はこれに限定されない。
【0061】
図１１に示された集光構造１１９’と比較して、図１２に示された緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）、および、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）と青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）とに対応する集光構造１１９’は、位置をずらして配置されてもよい。これにより、固体撮像素子２４の異なる領域（例えば、中央領域と端部領域）にある光電変換素子１０３で受けた同じ色（例えば、緑色、青色、または赤色）の輝度がより均一にすることができる。
【0062】
いくつかの実施形態では、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１は、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２とは異なるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１は、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２と対応するかまたはそれと近いこととしてもよい。
【0063】
さらに、いくつかの実施形態では、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離は、可変であるとしてもよい。すなわち、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離は、複数の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離のうち、少なくとも２つの第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離が異なる。例えば、図１１の（固体撮像素子２４の中央領域に対応する）隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’と第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２は、図１２の（固体撮像素子２４の端部領域に対応する）隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２’とは異なることとしてもよい。即ち、固体撮像素子２４の端部領域の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’は、光電変換素子１０３によって受信された信号をより良い品質にするために余分なシフトを有することとしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0064】
図１３は、本開示のさらにもう一つの実施形態による固体撮像素子２６の一部の断面図である。図１４は、固体撮像素子２６のもう一部の断面図である。例えば、図１３は、固体撮像素子２６の中央領域に対応する断面図であってもよく、図１４は、固体撮像素子２６の端部領域に対応する断面図であってもよい。
【0065】
図１３および図１４に示すように、固体撮像素子２６は、図１１および図１２に示された固体撮像素子２４と同様の構造を有することとしてもよい。即ち、集光構造１１９’ のそれぞれは、少なくとも２つの緑色フィルタセグメント１１５ＧＳおよび少なくとも２つの青色フィルタセグメント１１５ＢＳに対応し、第２のグリッド構造１２３’（第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’）の第２のグリッドの高さＨ２’は、第１のグリッド構造１２１の第１のグリッドの高さＨ１に対応する。
【0066】
固体撮像素子２４との違いは、図１３および図１４に示された固体撮像素子２６では、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇの高さＨＧおよび青色カラーフィルタ層１１５Ｂの高さＨＢは、第２のグリッド構造１２３’の第２のグリッドの高さＨ２‘よりそれぞれ高い（且つ、第１のグリッド構造１２１の第１のグリッドの高さＨ１より高い）ことができる。
【0067】
同様に、図１３に示された集光構造１１９’と比較して、図１４に示された、緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）、青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）、および緑色カラーフィルタ層１１５Ｇ（緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ）および青色カラーフィルタ層１１５Ｂ（青色フィルタセグメント１１５ＢＳ）に対応する集光構造１１９’は、位置をずらして配置されてもよい。これにより、固体撮像素子２６の異なる領域（例えば、中央領域と端部領域）にある光電変換素子１０３で受けた同じ色（例えば、緑色、青色、または赤色）の輝度がより均一にすることができる。
【0068】
いくつかの実施形態では、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１は、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２とは異なるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、２つの隣接する第１のグリッドセグメント１２１Ｓ間の距離Ｐ１は、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２と対応するかまたはそれと近いこととしてもよい。
【0069】
さらに、いくつかの実施形態では、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離は、可変であることとしてもよい。すなわち、２つの隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離は、複数の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離のうち、少なくとも２つの第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離が異なることとしてもよい。例えば、図１３の（固体撮像素子２６の中央領域に対応する）隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’と第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２は、図１４の（固体撮像素子２６の端部領域に対応する）隣接する第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’間の距離Ｐ２’とは異なることとしてもよい。即ち、固体撮像素子２６の端部領域の第２のグリッドセグメント１２３Ｓ’は、光電変換素子１０３によって受信された信号をより良い品質にするために余分なシフトを有することができるが、本開示はこれに限定されない。
【0070】
図１５は、本開示の一実施形態による固体撮像素子３０を示す上面図である。図１６は、本開示のもう一つの実施形態による固体撮像素子３２を示す上面図である。図１７は、本開示のさらにもう一つの実施形態による固体撮像素子３４を示す上面図である。
【0071】
図１５に示されるように、固体撮像素子３０の第１のグリッド構造１２１は、複数の検知領域Ｓを定義することができ、検知領域Ｓのそれぞれは、９個（３２）の緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ、９個（３２）の青色フィルタセグメント１１５ＢＳ、または９個（３２）の赤色フィルタセグメント１１５ＲＳを含むこととしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0072】
図１６に示されるように、固体撮像素子３２の第１のグリッド構造１２１は、複数の検知領域Ｓを定義することができ、検知領域Ｓのそれぞれは、１６個（４２）の緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ、１６個（４２）の青色フィルタセグメント１１５ＢＳ、または１６個（４２）の赤色フィルタセグメント１１５ＲＳを含むこととしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0073】
図１７に示されるように、固体撮像素子３４の第１のグリッド構造１２１は、複数の検知領域Ｓを定義することができ、検知領域Ｓのそれぞれは、２５個（５２）の緑色フィルタセグメント１１５ＧＳ、２５個（５２）の青色フィルタセグメント１１５ＢＳ、または２５個（５２）の赤色フィルタセグメント１１５ＲＳを含むこととしてもよいが、本開示はこれに限定されない。
【0074】
検知領域Ｓのそれぞれに含まれた第１のカラーフィルタセグメントまたは第２のカラーフィルタセグメントの数は、上述の実施形態に限定されるものではなく、実際の要求に応じて変更することができる。
【0075】
要約すると、一定のグリッドの高さを有する従来のグリッド構造と比較して、本開示の実施形態の固体撮像素子は、異なるグリッドの高さを有する第１のグリッド構造および第２のグリッド構造を含み、これはグリッド構造が回折を生成するのを防ぎ、それにより、固体撮像素子の光電変換素子（例えば、通常画素または位相検出オートフォーカス（ＰＤＡＦ）画素に配置できる）からの画像信号の品質を向上させることができる。さらに、本開示の実施形態の固体撮像素子では、異なるカラーフィルタ層間のクロストークも改善されることができる。
【0076】
上述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は請求項を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。
【0077】
本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の用語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の用語の議論は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。
【0078】
さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせることとしてもよい。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。
【符号の説明】
【0079】
１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、３０、３２、３４ 固体撮像素子
１０１ 半導体基板
１０１Ｆ 表面
１０１Ｂ 裏面
１０３ 光電変換素子
１０５ 配線層
１０７ 高誘電率（高κ）膜
１０９ バッファ層
１１１ 金属グリッド
１１５Ｂ 青色カラーフィルタ層
１１５ＢＳ 青色フィルタセグメント
１１５Ｇ 緑色カラーフィルタ層
１１５ＧＳ 緑色フィルタセグメント
１１５Ｒ 赤色カラーフィルタ層
１１５ＲＳ 赤色フィルタセグメント
１１９、１１９’ 集光構造
１２１ 第１のグリッド構造
１２１ａ 第１の付加部分
１２１ｂ 第１のベース部分
１２１Ｓ 第１のグリッドセグメント
１２３、１２３’ 第２のグリッド構造
１２３ａ 第２の付加部分
１２３ｂ 第２のベース部分
１２３Ｓ、１２３Ｓ’、１２３Ｓ１、１２３Ｓ２、１２３Ｓ３、１２３Ｓ４ 第２のグリッドセグメント
Ｈ１ 第１のグリッドの高さ
Ｈ１ａ 第１の付加部分の高さ
Ｈ１ｂ 第１のベース部分の高さ
Ｈ２，Ｈ２’ 第２のグリッドの高さ
Ｈ２ａ 第２の付加部分の高さ
Ｈ２ｂ 第２のベース部分の高さ
ＨＢ 青色カラーフィルタ層の高さ
ＨＧ 緑色カラーフィルタ層の高さ
ＨＲ 赤色カラーフィルタ層の高さ
Ｐ１、Ｐ１’ ２つの隣接する第１のグリッドセグメント間の距離
Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ２” ２つの隣接する第２のグリッドセグメント間の距離
Ｐ 通常画素
ＰＤＡＦ 位相検出オートフォーカス
Ｓ 検知領域
Ｗ１ 第１のグリッド幅
Ｗ２、Ｗ２’、Ｗ２”、Ｗ２”’ 第２のグリッド幅
Ａ－Ａ’断面線
Ｂ－Ｂ’断面線
１０１ 半導体基板
１０１Ｆ 表面
１０１Ｂ 裏面
１０３ 光電変換素子
１０５ 配線層
１０７ 高誘電率（高κ）膜
１０９ バッファ層
１１１ 金属グリッド
１１５Ｂ 青色カラーフィルタ層
１１５ＢＳ 青色フィルタセグメント
１１５Ｇ 緑色カラーフィルタ層
１１５ＧＳ 緑色フィルタセグメント
１１５Ｒ 赤色カラーフィルタ層
１１５ＲＳ 赤色フィルタセグメント
１１９、１１９’ 集光構造
１２１ 第１のグリッド構造
１２１ａ 第１の付加部分
１２１ｂ 第１のベース部分
１２１Ｓ 第１のグリッドセグメント
１２３、１２３’ 第２のグリッド構造
１２３ａ 第２の付加部分
１２３ｂ 第２のベース部分
１２３Ｓ、１２３Ｓ’、１２３Ｓ１、１２３Ｓ２、１２３Ｓ３、１２３Ｓ４ 第２のグリッドセグメント
Ｈ１ 第１のグリッドの高さ
Ｈ１ａ 第１の付加部分の高さ
Ｈ１ｂ 第１のベース部分の高さ
Ｈ２，Ｈ２’ 第２のグリッドの高さ
Ｈ２ａ 第２の付加部分の高さ
Ｈ２ｂ 第２のベース部分の高さ
ＨＢ 青色カラーフィルタ層の高さ
ＨＧ 緑色カラーフィルタ層の高さ
ＨＲ 赤色カラーフィルタ層の高さ
Ｐ１、Ｐ１’ ２つの隣接する第１のグリッドセグメント間の距離
Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ２” ２つの隣接する第２のグリッドセグメント間の距離
Ｐ 通常画素
ＰＤＡＦ 位相検出オートフォーカス
Ｓ 検知領域
Ｗ１ 第１のグリッド幅
Ｗ２、Ｗ２’、Ｗ２”、Ｗ２”’ 第２のグリッド幅
Ａ－Ａ’断面線
Ｂ－Ｂ’断面線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【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】