特許 7465298 固体撮像素子

(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】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】固体撮像素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240403BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

H01L27/146 A

G02B5/20 101

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022043531

(22)【出願日】2022-03-18

(65)【公開番号】P2023056460

(43)【公開日】2023-04-19

【審査請求日】2022-03-18

(31)【優先権主張番号】17/496,472

(32)【優先日】2021-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(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】林 正軒

(72)【発明者】

【氏名】塗 宗儒

(72)【発明者】

【氏名】張 育淇

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 翰林

【審査官】脇水 佳弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１４５１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５２８２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２８０６５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１０６６７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７６２４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２２５５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３９６３８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２１３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００９８８１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｇ０２Ｂ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体撮像素子であって、
光電変換素子、および、
前記光電変換素子上に設置されるカラーフィルター層、を有し、
前記カラーフィルター層は、少なくとも二個の異なる色に対応する四個のカラー領域を有し、
前記四個のカラー領域は、ユニットパターンを形成し、
傾斜した入射光がユニットパターンの外側から入射し、
前記光電変換素子、および、前記カラーフィルター層は、ノーマル画素、および、自動焦点画素を形成し、
前記ノーマル画素に対応する前記カラーフィルター層は、第一カラーフィルターセグメント、および、第二カラーフィルターセグメントに分割され、
前記第一カラーフィルターセグメントは、前記カラーフィルター層内で、前記第二カラーフィルターセグメントよりも、前記入射光に近い側に設置され、且つ、前記第一カラーフィルターセグメントの幅は、前記第二カラーフィルターセグメントの幅より大きく、
前記四個のカラー領域はそれぞれ、n ² 画素アレイに対応し、前記ｎは３以上の整数であり、
前記自動焦点画素は自動焦点画素アレイを形成し、前記自動焦点画素アレイはｐ×ｑ画素アレイであり、前記ｐ、および、前記ｑは、前記ｎより小さい２以上の整数であり、
前記自動焦点画素は、前記四個のカラー領域の全てに設置されるとともに、前記四個のカラー領域の全てに対応し、
前記自動焦点画素アレイは、前記ユニットパターンの中心に設置される固体撮像素子。

【請求項2】

前記自動焦点画素に隣接する少なくとも一つの前記第一カラーフィルターセグメントは、前記第一カラーフィルターセグメント及び前記第二カラーフィルターセグメントとは別の一つより大きい幅を有し、前記別の一つのカラーフィルターセグメントの幅は、前記第二カラーフィルターセグメントの幅とは異なることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記自動焦点画素の少なくとも一つは、前記四個のカラー領域の一つに設置されるとともに、前記四個のカラー領域の一つに対応することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記四個のカラー領域のうち一のカラー領域中の前記第一カラーフィルターセグメントの前記幅は、前記四個のカラー領域のうちの別のカラー領域中の前記第一カラーフィルターセグメントの前記幅と異なり、且つ、
前記第一カラーフィルターセグメント、および、前記第二カラーフィルターセグメントの少なくとも一つは、少なくとも１つの対応する前記光電変換素子に対してシフトしていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記四個のカラー領域は、ユニットパターンを形成し、二個以上のユニットパターンは一アレイを形成し、
前記自動焦点画素は、二個以上の自動焦点画素アレイを形成することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

前記自動焦点画素アレイは、前記四個のカラー領域の全てに設置されるとともに、前記四個のカラー領域の全てに対応することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。

【請求項7】

前記自動焦点画素は、前記四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に設置されるとともに、前記四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に対応し、
前記自動焦点画素アレイは、前記四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に設置されるとともに、前記四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に対応することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。

【請求項8】

前記ノーマル画素は、０．７μｍ以下の一定の画素幅を有し、且つ、前記ノーマル画素は、赤色カラーフィルター、緑色カラーフィルター、青色カラーフィルター、黄色カラーフィルター、白色カラーフィルター、シアンカラーフィルター、マゼンタカラーフィルター、あるいは、IR/NIR カラーフィルターを有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項9】

前記第一カラーフィルターセグメント間、および、前記第二カラーフィルターセグメント間に設置されかつ、グリッドセグメントを有するグリッド構造であって、前記グリッドセグメントが可変幅を有する、グリッド構造、および、
前記グリッド構造の底部に設置され、かつ、金属セグメントを有しする金属グリッドであって、前記金属セグメントが固定の幅を有する、金属グリッド、
を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項10】

前記第一カラーフィルターセグメント間、および、前記第二カラーフィルターセグメント間に設置され、かつ、グリッドセグメントを有するグリッド構造であって、前記グリッドセグメントがそれぞれ可変幅を有する、グリッド構造、および、
前記グリッド構造の底部に設置され、かつ、金属セグメントを有する金属グリッドであって、それぞれの前記金属セグメントが前記グリッドセグメント中の対応する１つのグリッドセグメントに対して可変幅を有する、金属グリッド、
を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項11】

前記第一カラーフィルターセグメントおよび前記第二カラーフィルターセグメントに設置されるとともに、前記第一カラーフィルターセグメントおよび前記第二カラーフィルターセグメントに対応する集光構造を有し、それぞれの前記集光構造は、前記第一カラーフィルターセグメント及び前記第二カラーフィルターセグメント中の対応する一つのカラーフィルターセグメントに対して可変幅を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージセンサー(image sensor)に関するものであって、特に、可変幅を有するカラーフィルターセグメントを有する固体撮像素子(solid-state image sensor)に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固体撮像素子(たとえば、相補型ＭＯＳ (ＣＭＯＳ)イメージセンサー)は、たとえば、デジタル静止画カメラ、デジタルビデオカメラ等の各種イメージ捕捉装置に幅広く用いられている。固体撮像素子の感光部分 (たとえば、光電変換素子)中で受光される光線量に従って、信号電荷が生成される。このほか、感光部分で生成される信号電荷が送信、および、増幅されて、イメージ信号が得られる。

【0003】

近年、ＣＭＯＳイメージセンサーに代表されるイメージセンサーの画素尺寸は縮小する趨勢にあり、画素数量を増加させて、高解像度イメージを提供することが目的である。傾斜した入射光 (たとえば、主光線角(chief ray angle、ＣＲＡ)が０ではない)が直接、異なるノーマル画素(たとえば、異なるカラーフィルターセグメント)、および、位相検出自動照準 (ＰＤＡＦ)画素を含む固体撮像素子に照射するとき、画素は、異なる位置によって、異なる感度が発生し、チャネル分離を生じる。チャネル分離はイメージ検出に問題を生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明のいくつかの実施形態によると、固体撮像素子は、可変幅を有するカラーフィルターセグメントを有し、チャネル分離を改善して、これにより、固体撮像素子の光電変換素子からのイメージ信号の品質を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明のいくつかの実施形態において、固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、光電変換素子、および、光電変換素子上に設置されるカラーフィルター層を有する。光電変換素子、および、カラーフィルター層は、ノーマル画素、および、自動焦点画素を形成し、ノーマル画素に対応するカラーフィルター層は、第一カラーフィルターセグメント、および、第二カラーフィルターセグメントに分割され、第一カラーフィルターセグメントは、入射光に近い少なくとも一側に設置され、且つ、第一カラーフィルターセグメントの幅は、第二カラーフィルターセグメントの幅より大きい。

【0006】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素に隣接する第一カラーフィルターセグメントの少なくとも一つは、その他の第一カラーフィルターセグメントより大きい幅を有する。

【0007】

いくつかの実施形態において、カラーフィルター層は、少なくとも二個の異なる色に対応する四個のカラー領域を有し、且つ、自動焦点画素の少なくとも一個は、前記四個のカラー領域の一つに設置されるとともに、四個のカラー領域の一つに対応する。

【0008】

いくつかの実施形態において、四個のカラー領域のうち一のカラー領域中の第一カラーフィルターセグメントの幅は、四個のカラー領域のうちのもう一つのカラー領域中の第一カラーフィルターセグメントの幅と異なる。

【0009】

いくつかの実施形態において、各カラー領域は、ｎ² 画素アレイに対応し、且つ、ｎは、３以上の整数である。

【0010】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素は自動焦点画素アレイを形成し、自動焦点画素アレイは、ｐ×ｑ画素アレイで、ｐとｑは、ｎより小さい整数である。

【0011】

いくつかの実施形態において、四個のカラー領域はユニットパターンを形成し、且つ、二個以上のユニットパターンがアレイを形成する。

【0012】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素が四個のカラー領域の全てに設置されるとともに、四個のカラー領域の全てに対応する。

【0013】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素が四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に設置されるとともに、四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に対応する。

【0014】

いくつかの実施形態において、ノーマル画素は、０．７μｍ以下の一定の画素幅を有する。

【0015】

いくつかの実施形態において、固体撮像素子はさらに、第一カラーフィルターセグメント間、および、第二カラーフィルターセグメント間に設置されるグリッド構造を有する。グリッド構造はグリッドセグメントを有し、各グリッドセグメントは可変幅を有する。

【0016】

いくつかの実施形態において、固体撮像素子はさらに、グリッド構造の底部に設置される金属グリッドを有する。金属グリッドは金属セグメントを有し、金属セグメントは固定の幅を有する。

【0017】

いくつかの実施形態において、各金属セグメントは、対応するグリッドセグメントに対する可変幅を有する。

【0018】

いくつかの実施形態において、固体撮像素子は集光構造を有し、集光構造は、第一カラーフィルターセグメントおよび第二カラーフィルターセグメントに設置されて、第一カラーフィルターセグメント及び第二カラーフィルターセグメントに対応する。

【0019】

いくつかの実施形態において、各集光構造は、第一カラーフィルターセグメントと第二カラーフィルターセグメント中の対応する一つのカラーフィルタに対して可変幅を有する。

【0020】

いくつかの実施形態において、第一カラーフィルターセグメント、および、第二カラーフィルターセグメントの少なくとも一つは、対応する光電変換素子に対してシフトしている。

【0021】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素は、二個以上の自動焦点画素アレイを形成する。

【0022】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素アレイが四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に設置されるとともに、四個のカラー領域のうち少なくとも二個のカラー領域に対応する。

【0023】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素アレイが四個のカラー領域の全てに設置されるとともに、四個のカラー領域の全てに対応する。

【0024】

いくつかの実施形態において、ノーマル画素は、赤色カラーフィルター、緑色カラーフィルター、青色カラーフィルター、黄色カラーフィルター、白色カラーフィルター、シアンカラーフィルター、マゼンタカラーフィルター、あるいは、IR/NIR カラーフィルターを有する。

【発明の効果】

【0025】

本発明による固体撮像素子は、可変幅を有するカラーフィルターセグメントを有し、チャネル分離を改善して、これにより、固体撮像素子の光電変換素子からのイメージ信号の品質を改善する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【図2】図１の線ＡーＡ’に沿った固体撮像素子を説明する部分断面図である。

【図3】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分断面図である。

【図4】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分断面図である。

【図5】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分断面図である。

【図6】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【図7】図６の線ＢーＢ’に沿った固体撮像素子の部分断面図である。

【図8】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【図9】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【図10】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【図11】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【図12】本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子の部分的な上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下の開示は、多くの異なる実施形態、あるいは、例を提供して、提供される主題の異なる特徴を実施する。特定の例のコンポーネンツ、および、配置が以下で記載されて、本発明を簡潔にする。これらは、もちろん、単なる例であり、限定することを意図しない。たとえば、記載中の、第一特徴が第二特徴上に形成されるというのは、第一特徴、および、第二特徴が直接接触して形成される実施形態を有し、また、追加特徴が、第一特徴と第二特徴間に形成され、第一特徴、および、第二特徴が直接接触していない実施形態も有している。

【0028】

さらに、記述を容易にするために、空間的相対用語、たとえば、 “下” “下方” “下部” “上” “上方” “上部” 等が用いられて、図面中で説明される一素子、あるいは、特徴ともう一つの素子、あるいは、特徴間の関係を記述する。空間的相対用語は、図面中で示される方位に加えて、使用中、あるいは、操作中の装置の異なる方位を包含することを目的とする。装置は正しい方向に置かれ(９０度、あるいは、その他の方位で回転)、且つ、ここで用いられる空間的相対記述子は同様に解釈される。

【0029】

本発明において、用語“約”、および、“実質上”は、通常、状態値の＋／－２０％、状態値の＋／－１０％ 、状態値の＋／－５％ 、状態値の＋／－３％、状態値の＋／－２％、状態値の＋／－１％ 、および、さらにいっそう、状態値の＋／－０．５％を意味する。本発明の状態値は近似値である。つまり、特定の記述がないとき、状態値は、“約”や“実質上”の意味を含む。

【0030】

特に定義されない限り、ここで用いられる全用語(技術、および、科学用語を含む)は、当業者により理解されるものと同じ意義を有する。さらに、通常用いられる辞典で定義される用語は、特に定義されない限り、従来の技術の文脈中のそれらの意義と一致する意味を有するものとして解釈され、且つ、理想化、あるいは、過度に正式に解釈されるべきではない。

【0031】

本発明は、以下の実施形態で、参照符号、および／または、文字を繰り返す。この反復は、簡潔、且つ、はっきりとさせる目的のためであり、討論される各種実施形態、および／または、配置間の関係を決定付けるものではない。

【0032】

固体撮像素子は、受光ユニットに入射する光線の方向によって、大まかに二個のグループに分類される。ひとつは、読み取り回路の配線層が形成される半導体基板の前側に入射する光線を受光する表面照射 (ＦＳＩ)イメージセンサーである。もうひとつは、配線層が形成されない半導体基板の背面に入射する光線を受光する裏面照射 (ＢＳＩ)イメージセンサーである。カラー画像を画像化するため、カラーフィルター層が、ＦＳＩ、および、ＢＳＩイメージセンサー中に提供される。

【0033】

図１は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１００の部分的な上面図である。図２は、図１のＡ―Ａ’に沿った固体撮像素子１００の部分断面図である。さらに詳細には、 図１は、固体撮像素子１００の画素配置を示し、図２は、固体撮像素子１００の断面図の一部を示す。注意すべきことは、固体撮像素子１００のいくつかのコンポーネンツは、簡潔にするため、図１、および、図２では省略されていることである。

【0034】

図１を参照すると、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１００は、ノーマル画素(たとえば、Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ６、Ｇｒ７、Ｇｒ８、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ９、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８、および、Ｇｂ９)、および、自動焦点画素を有し、自動焦点画素は、自動焦点画素アレイＰＤＡＦを形成する。いくつかの実施形態において、ノーマル画素は、０．７μｍ以下の一定の画素幅を有する。

【0035】

図２を参照すると、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１００は、半導体基板１０１を有し、たとえば、ウエハかチップである。半導体基板１０１は、前面１０１Ｆ、および、前面１０１Ｆと反対の背面１０１Ｂを有する。いくつかの実施形態において、複数の光電変換素子１０３ (たとえば、フォトダイオード)は半導体基板１０１中に形成される。たとえば、半導体基板１０１中の光電変換素子１０３は、シャロ―トレンチアイソレーション(ＳＴＩ)、あるいは、ディープトレンチアイソレーション(ＤＴＩ)領域等の隔離構造(図示しない)により互いに隔離される。隔離構造は、エッチングプロセスを用いて、半導体基板１０１中に形成されて、トレンチを形成するとともに、絶縁、あるいは、誘電材でトレンチを充填する。

【0036】

図２に示されるように、光電変換素子１０３は、半導体基板１０１の背面１０１Ｂ上に形成され、配線層１０５は、半導体基板１０１の前面１０１Ｆ上に形成されるが、本発明はそれらに制限されない。配線層１０５は、誘電層中に組み込まれる複数の導電線、および、ビアを有する相互接続構造であり、且つ、さらに、固体撮像素子１００に必要な各種電子回路を有する。入射光は、背面１０１Ｂの側に照射されるとともに、光電変換素子１０３により受光される。

【0037】

図２に示される実施形態において、固体撮像素子１００は、裏面照射(ＢＳＩ)イメージセンサーと称される。ある別の例において、固体撮像素子は、表面照射 (ＦＳＩ)イメージセンサーである。ＦＳＩイメージセンサーにとって、図２に示される半導体基板１０１、および、配線層１０５は反転する。ＦＳＩイメージセンサーにおいて、入射光は前面１０１Ｆの側に照射され、配線層１０５を通過し、その後、半導体基板１０１の背面１０１Ｂ上に形成される光電変換素子１０３により受光される。

【0038】

図２に示されるように、固体撮像素子１００はさらに、半導体基板１０１の背面１０１Ｂ上に形成され、光電変換素子１０３を被覆する高誘電率 (high-κ)膜１０７を有する。高誘電率膜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)、酸化ジルコニウムハフニウム(HfZrO)、五酸化タンタル(Ta₂O₅)、適当なその他の高誘電率の誘電材、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はこれらに制限されない。高誘電率膜１０７は、蒸着プロセスにより形成される。蒸着プロセスは、たとえば、化学気相蒸着 (ＣＶＤ)、プラズマエッチャント化学気相蒸着 (ＰＥＣＶＤ)、原子層堆積(ＡＬＤ)、あるいは、その他の蒸着技術である。高誘電率膜１０７は、高屈折率、および、光吸収能力を有する。

【0039】

図２に示されるように、固体撮像素子１００はさらに、高誘電率膜１０７上に形成されるバッファ層１０９を有する。バッファ層１０９の材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、適当なその他の絶縁材料、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はこれらに制限されない。バッファ層１０９は、蒸着プロセスにより形成される。蒸着プロセスは、たとえば、スピンオンコート(spin-on coating)、化学気相蒸着、流動性化学気相蒸着 (ＦＣＶＤ)、プラズマエッチャント化学気相蒸着、物理的気相蒸着(ＰＶＤ)、あるいは、その他の蒸着技術である。

【0040】

図２に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１００は、光電変換素子１０３上に設置されるカラーフィルター層１１５を有し、カラーフィルター層１１５は、カラーフィルターセグメントを有する(あるいは、カラーセグメントに分割される)。たとえば、図２に示されるように、緑色カラーフィルター層１１５Ｇは、光電変換素子１０３上に設置され、緑色カラーフィルター層１１５Ｇは、緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳを有する(あるいは、カラーセグメントに分割される)。

【0041】

図１、および、図２を参照すると、いくつかの実施形態において、光電変換素子１０３、および、カラーフィルター層１１５ (あるいは、カラーフィルターセグメント)は、ノーマル画素 (たとえば、Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ６、Ｇｒ７、Ｇｒ８、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ９、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８、および、Ｇｂ９)、および、自動焦点画素を形成し、ノーマル画素に対応するカラーフィルター層１１５は、第一カラーフィルターセグメント(たとえば、図１、および、図２中のＧｂ８)、および、第二カラーフィルターセグメント (たとえば、図１、および、図２中のＧｂ２／Ｇｂ５)に分割され、第一カラーフィルターセグメントは、入射光Ｌに近い少なくとも一側に設置され、第二カラーフィルターセグメントは別の位置に設置され、第一カラーフィルターセグメントの幅は、第二カラーフィルターセグメントの幅より大きい。つまり、第一カラーフィルターセグメントは、フィルタ層１１５の内部で、第二カラーフィルターセグメントよりも入射光Ｌに近い側に配置される。言い換えると、入射光Ｌの光軸に沿う方向でみたときに、第一カラーフィルターセグメントは第二カラーフィルターセグメントよりも入射光Ｌの光源に近い側に配置され、さらに光軸に沿う方向のカラーフィルターセグメントの幅について、第一カラーフィルターセグメントの方が第二カラーフィルターセグメントの幅より大きい。

【0042】

図１に示されるように、いくつかの実施形態において、カラーフィルター層１１５は、四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４を有し、自動焦点画素の少なくとも一つが設置され、且つ、四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４の一つに対応する。いくつかの実施形態において、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれ、n² 画素アレイに対応し、ｎは３以上の整数である。つまり、ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれは、n² 画素アレイになるよう配置された画素を有している。ただし、ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４に含まれる画素は、n² 画素アレイに全てに配置する必要はなく、図１に示すように、ＣＲ１の例では、n² 画素アレイ（ｎ＝３）に対して右下角部には画素を配置しなくてもよい。いくつかの実施形態において、自動焦点画素アレイＰＤＡＦはｐ×ｑ画素アレイで、ｐとｑは、ｎより小さい整数である。たとえば、図１に示されるように、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれ、３×３画素アレイに対応するが、本発明はそれらに制限されない。

【0043】

図１に示されるように、いくつかの実施形態において、四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、ユニットパターンＵ１を形成する。さらに、ノーマル画素Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ６、Ｇｒ７、Ｇｒ８はカラー領域ＣＲ１中にあり、ノーマル画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９はカラー領域ＣＲ２中にあり、ノーマル画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ９はカラー領域ＣＲ３中にあり、ノーマル画素Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８、Ｇｂ９はカラー領域ＣＲ４中にある。さらに、自動焦点画素アレイＰＤＡＦは、ユニットパターンＵ１の中心にある。たとえば、自動焦点画素アレイＰＤＡＦは、図１に示されるように、ユニットパターンＵ１の中心に設置される２×２ 画素アレイであるが、本発明はそれらに制限されない。

【0044】

いくつかの実施形態において、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、少なくとも二個の異なる色に対応する。たとえば、図１に示されるように、カラー領域ＣＲ１は緑色に対応し、カラー領域ＣＲ２は赤色に対応し、カラー領域ＣＲ３は青色に対応し、カラー領域ＣＲ４は緑色に対応するが、本発明はそれらに制限されない。

【0045】

つまり、いくつかの実施形態において、ノーマル画素は赤色カラーフィルターを有して、ノーマル画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９は赤色光線を受光する。ノーマル画素はまた、緑色カラーフィルターを有し、ノーマル画素Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ６、Ｇｒ７、Ｇｒ８、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８、Ｇｂ９は緑色光線を受光する。ノーマル画素はさらに、青色カラーフィルターを有し、ノーマル画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ９は青色光線を受光する。ある別の実施形態において、ノーマル画素は、黄色カラーフィルター、白色カラーフィルター、シアンカラーフィルター、マゼンタカラーフィルター、IR/NIR カラーフィルター、あるいは、それらの組み合わせを有する。

【0046】

図１、および、図２に示されるように、入射光Ｌは、固体撮像素子１００のユニットパターンＵ１の右側からであり、且つ、カラー領域ＣＲ４中、ノーマル画素Ｇｂ８に対応するカラーフィルター層１１５(緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｂ８に対応するカラーフィルター層１１５ (緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)は第一カラーフィルターセグメントと称され、ノーマル画素Ｇｂ５、あるいは、ノーマル画素Ｇｂ２に対応するカラーフィルター層１１５ (緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)は第二カラーフィルターセグメントと称される。この実施形態において、ノーマル画素Ｇｂ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳの幅ＣＤ８は、ノーマル画素Ｇｂ５ (あるいは、Ｇｂ２)に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳの幅ＣＤ５(あるいは、ＣＤ２)より大きい。

【0047】

さらに、ノーマル画素Ｇｂ７、あるいは、Ｇｂ９に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ(第一カラーフィルターセグメントとも称される)の幅は、ノーマル画素Ｇｂ３、Ｇｂ４、あるいは、Ｇｂ６に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ(第二カラーフィルターセグメントとも称される)の幅より大きい。

【0048】

同様に、図１に示されるように、ノーマル画素Ｇｒ６、Ｇｒ７、あるいは、Ｇｒ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ(第一カラーフィルターセグメントと称される)の幅は、ノーマル画素Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、あるいは、Ｇｒ５に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ(第二カラーフィルターセグメントと称される)の幅より大きい。

【0049】

いくつかの実施形態において、自動焦点画素アレイＰＤＡＦに隣接する少なくとも一つの第一カラーフィルターセグメントは、その他の第一カラーフィルターセグメントより大きい幅を有する。たとえば、図１に示されるように、ノーマル画素Ｇｒ６、あるいは、Ｇｒ８は、自動焦点画素アレイＰＤＡＦに隣接し、ノーマル画素Ｇｒ６、あるいは、Ｇｒ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳは、ノーマル画素Ｇｒ７に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳより大きい幅を有するが、本発明はそれらに制限されない。ある別の例において、ノーマル画素Ｇｒ６、Ｇｒ７、および、Ｇｒ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳは同じ幅を有する。

【0050】

いくつかの実施形態において、一のカラー画素中の第一カラーフィルターセグメント幅は、別のカラー領域の第一カラーフィルターセグメントの幅と異なる。たとえば、カラー領域ＣＲ１中のノーマル画素Ｇｒ６、Ｇｒ７、あるいは、Ｇｒ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ(第一カラーフィルターセグメントと称する)の幅は、カラー領域ＣＲ４中のノーマル画素Ｇｂ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ(第一カラーフィルターセグメントと称する)の幅ＣＤ８と異なるが、本発明はそれらに制限されない。

【0051】

図１、および、図２に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１００は、カラーフィルターセグメント(たとえば、図２の緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)間に設置されるグリッド構造１２１を有する。図２に示されるように、いくつかの実施形態において、グリッド構造１２１は、グリッドセグメント１２１Ｓ (あるいは、１２１Ｓ１、あるいは、１２１Ｓ２)を有する(あるいは、分割される)。たとえば、グリッド構造１２１は、約１．０～１．９９の範囲の低屈折率を有する透明誘電材を有する。さらに、本発明の実施形態において、グリッド構造１２１の屈折率は、カラーフィルター層１１５ (たとえば、図２の緑色カラーフィルター層１１５Ｇ)の屈折率より低い。

【0052】

いくつかの実施形態において、各グリッドセグメントは、可変幅を有する（設計上、幅を任意の大きさにできる）。たとえば、図２に示されるように、グリッドセグメント１２１Ｓ１の幅ＬＷ１が、グリッドセグメント１２１Ｓ２の幅ＬＷ２より大きいが、本発明はそれらに制限されない。隣接する(周囲の)カラーフィルターセグメント (たとえば、図２の緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)にしたがって、グリッドセグメントの幅は調整される。

【0053】

図２に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１００は、グリッド構造１２１の底部に設置される金属グリッド１１１を有する。たとえば、金属構造１１１の材料は、タングステン(Ｗ)、アルミニウム(Ａｌ)、金属窒化物(たとえば、窒化チタン(ＴｉＮ))、その他の適当な材料、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はこれらに制限されない。図２に示されるように、固体撮像素子１００の断面図中、金属グリッド１１１は、金属セグメントを有する(あるいは、分割される)。図２の実施形態において、金属セグメントは、固定の幅を有する。

【0054】

図２に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１００は集光構造１１９を有し、設置されるとともに、カラーフィルターセグメント(たとえば、図２の緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)に対応して、入射光を凝集する。たとえば、集光構造１１９は、ガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、その他の任意の材料、あるいは、それらの組み合わせであるが、本発明はそれらに制限されない。

【0055】

いくつかの実施形態において、集光構造１１９は、マイクロレンズ構造、たとえば、半凸面レンズ、あるいは、凸面レンズである。いくつかのその他の実施形態において、集光構造１１９は、マイクロピラミッド構造(たとえば、円錐、四角錐等)、あるいは、マイクロ台形構造 (たとえば、フラットトップの錐体、切頂方錐等)である。あるいは、いくつかの実施形態において、集光構造１１９はグラジエントインデックス構造(gradient-index structure)である。

【0056】

図２に示されるように、各集光構造１１９は一緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳに対応するが、本発明はそれらに制限されない。いくつかのその他の実施形態において、各集光構造１１９は、少なくとも二個のカラーフィルターセグメントに対応する。

【0057】

図３は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１００の部分断面図である。たとえば、図３はまた、図１の線ＡーＡ’に沿った固体撮像素子１００の部分断面図である。

【0058】

いくつかの実施形態において、少なくとも一つのカラーフィルターセグメント (第一カラーフィルターセグメント、および／または、第二カラーフィルターセグメント)は、対応する光電変換素子１０３に対してシフトしている（シフトを有する）。たとえば、図１、および、図３に示されるように、ノーマル画素Ｇｂ５に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳは、対応する光電変換素子１０３に対するシフトＳ５を有する。つまり、ノーマル画素Ｇｂ５に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳの中心軸Ｃ５と対応する光電変換素子１０３の中心軸Ｐ５間の距離は、シフトＳ５である。なお、中心軸は、基板１０１やフィルタ層１１５等の積層面に対して法線方向に沿う軸である。さらに、図１、および、図３に示されるように、ノーマル画素Ｇｂ２に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳは、対応する光電変換素子１０３に対するシフトＳ２を有する。つまり、ノーマル画素Ｇｂ２に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳの中心軸Ｃ２と対応する光電変換素子１０３の中心軸Ｐ２間の距離はシフトＳ２である。この例において、シフトＳ２は、シフトＳ５より大きいが、本発明はそれらに制限されない。

【0059】

さらに、図１、および、図３に示されるように、ノーマル画素Ｇｂ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳは、対応する光電変換素子１０３に対するシフトを有さない。つまり、ノーマル画素Ｇｂ８に対応する緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳの中心軸Ｃ８は、対応する光電変換素子１０３の中心軸Ｐ８と重複する（同一軸である）。

【0060】

図４は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１００の部分断面図である。たとえば、図４はまた、図１の線ＡーＡ’に沿った固体撮像素子１００の部分断面図である。

【0061】

いくつかの実施形態において、金属セグメントは、対応するグリッドセグメント１２１Ｓに対して、可変幅を有する。たとえば、図４に示されるように、(グリッドセグメント１２１Ｓ１の底部に設置される)金属セグメント１１１Ｓ１の幅ＭＷ１は、(グリッドセグメント１２１Ｓ２の底部に設置される)金属セグメント１１１Ｓ２の幅ＭＷ２より大きいが、本発明はそれらに制限されない。金属セグメントの幅は、対応するグリッドセグメント１２１Ｓに従って調整される。

【0062】

図５は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１００の部分断面図である。たとえば、図５はさらに、図１の線ＡーＡ’に沿った固体撮像素子１００の部分断面図である。

【0063】

いくつかの実施形態において、集光構造１１９は、対応するカラーフィルターセグメント (たとえば、図５中の緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)に対する可変幅を有する。たとえば、図５に示されるように、集光構造１１９-８の幅ＭＬ８は、集光構造１１９-２の幅ＭＬ２、および、集光構造１１９-５の幅ＭＬ５より大きいが、本発明はそれらに制限されない。集光構造１１９の幅は、対応するカラーフィルターセグメント (たとえば、図５中の緑色カラーフィルターセグメント１１５ＧＳ)に従って調整される。

【0064】

図６は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０２の部分的な上面図である。図７は、図６の線ＢーＢ’に沿った固体撮像素子１０２の部分断面図である。さらに詳細には、図６は、固体撮像素子１０２の画素配置を示し、図７は、固体撮像素子１０２の断面図の一部を示す。注意すべきことは、固体撮像素子１０２のいくつかのコンポーネンツは、簡潔にするために、図６、および、図７で省略されていることである。

【0065】

同様に、カラーフィルター層１１５は、四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４を有し、自動焦点画素の少なくとも一つが設置されるとともに、四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４の一つに対応する。図６に示されるように、いくつかの実施形態において、四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、ユニットパターンＵ２を形成する。図７に示されるように、赤色カラーフィルター層１１５Ｒは光電変換素子１０３上に設置され、赤色カラーフィルター層１１５Ｒは、赤色カラーフィルターセグメント１１５ＲＳを有する(分割される)。

【0066】

図６、および、図７に示されるように、入射光Ｌは、固体撮像素子１０２のユニットパターンＵ２に左側からであり、且つ、カラー領域ＣＲ２中、ノーマル画素Ｒ２に対応するカラーフィルター層１１５ (赤色カラーフィルターセグメント１１５ＲＳ)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｒ２に対応するカラーフィルター層１１５ (赤色カラーフィルターセグメント１１５ＲＳ)は第一カラーフィルターセグメントと称され、ノーマル画素Ｒ５、あるいは、ノーマル画素Ｒ８に対応するカラーフィルター層１１５ (赤色カラーフィルターセグメント１１５ＲＳ)は第二カラーフィルターセグメントと称される。図７に示されるように、この実施形態において、ノーマル画素Ｒ２に対応する赤色カラーフィルターセグメント１１５ＲＳの幅ＣＤ２は、ノーマル画素Ｒ５(あるいは、Ｒ８)に対応する赤色カラーフィルターセグメント１１５ＲＳの幅ＣＤ５(あるいは、ＣＤ８)より大きい。

【0067】

図８は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０４の部分的な上面図である。図８を参照すると、いくつかの実施形態において、二個以上のユニットパターンはアレイを形成する。つまり、固体撮像素子１０４中に、二個以上のユニットパターンがある。たとえば、図８に示されるように、固体撮像素子１０４のカラーフィルター層 (あるいは、カラー領域)は、２５(５×５)個のユニットパターンを形成し、図１ (固体撮像素子１０４の左側中)に示されるユニットパターンＵ１、および、図６ (固体撮像素子１０４の右側)に示されるユニットパターンＵ２を有するが、本発明はそれらに制限されない。実際の需要に応じて、ユニットパターンの数量と画素配置は調整される。

【0068】

図９は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０６の部分的な上面図である。図９に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１０６の四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、ユニットパターンＵ３を形成する。たとえば、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれ、３×３画素アレイに対応する。さらに、自動焦点画素アレイＰＤＡＦは、２×１画素アレイであり、且つ、ユニットパターンＵ３の中心に設置されない。

【0069】

図９に示されるように、入射光Ｌは、固体撮像素子１０６のユニットパターンＵ３の右側からである。カラー領域ＣＲ１において、ノーマル画素Ｇｒ５、Ｇｒ７、あるいは、Ｇｒ９に対応するカラーフィルター層 (あるいは、 (緑色) カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｒ５、Ｇｒ７、あるいは、Ｇｒ９に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、あるいは、Ｇｒ６に対応する (緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ２において、ノーマル画素Ｒ７、Ｒ８、あるいは、Ｒ９に対応するカラーフィルター層 (あるいは、 (赤色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置され、ノーマル画素Ｒ７、Ｒ８、あるいは、Ｒ９に対応する (赤色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、あるいは、Ｒ６に対応する(赤色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ３において、ノーマル画素Ｂ７、Ｂ８、あるいは、Ｂ９に対応するカラーフィルター層 (あるいは、 (青色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置され、ノーマル画素Ｂ７、Ｂ８、あるいは、Ｂ９に対応する(青色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、あるいは、Ｂ６に対応する(青色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ４において、ノーマル画素Ｇｂ７、Ｇｂ８、あるいは、Ｇｂ９に対応するカラーフィルター層 (あるいは、 (緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設定されて、ノーマル画素Ｇｂ７、Ｇｂ８、あるいは、Ｇｂ９に対応する (緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、あるいは、Ｇｂ６に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。

【0070】

図１０は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１０８の部分的な上面図である。図１０に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１０８の四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、ユニットパターンＵ４を形成する。たとえば、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれ、３×３画素アレイに対応する。いくつかの実施形態において、自動焦点画素は、二個以上の自動焦点画素アレイＰＤＡＦを形成する。つまり、ユニットパターンＵ４中に、二個以上の自動焦点画素アレイＰＤＡＦがある。たとえば、二個の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが、ユニットパターンＵ４中にある。さらに詳細には、二個の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが設置されるとともに、カラー領域ＣＲ３とＣＲ４に対応する。さらに、各自動焦点画素アレイＰＤＡＦは１×２画素アレイであり、且つ、ユニットパターンＵ４の下側近くに設置される。

【0071】

図１０に示されるように、入射光Ｌは、固体撮像素子１０８のユニットパターンＵ４の右側からである。カラー領域ＣＲ１において、ノーマル画素Ｇｒ７、Ｇｒ８、あるいは、Ｇｒ９に対応するカラーフィルター層 ( (緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｒ７、Ｇｒ８、あるいは、Ｇｒ９に対応する (緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素 Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、あるいは、Ｇｒ６に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ２において、ノーマル画素Ｒ７、Ｒ８、あるいは、Ｒ９に対応するカラーフィルター層 ( (赤色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｒ７、Ｒ８、あるいは、Ｒ９に対応する(赤色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、あるいは、Ｒ６に対応する (赤色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ３において、ノーマル画素Ｂ５、Ｂ６、あるいは、Ｂ７に対応するカラーフィルター層 ( (青色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｂ５、Ｂ６、あるいは、Ｂ７に対応する(青色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、あるいは、Ｂ４に対応する(青色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ４において、ノーマル画素Ｇｂ７、Ｇｂ８、あるいは、Ｇｂ９に対応するカラーフィルター層 ( (緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｂ７、Ｇｂ８、あるいは、Ｇｂ９に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｇｂ１、Ｇｂ４、Ｇｂ５、あるいは、Ｇｂ６に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。

【0072】

図１１は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１１０の部分的な上面図である。図１１に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１１０の四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、ユニットパターンＵ５を形成する。たとえば、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれ、４×４画素アレイに対応する。いくつかの実施形態において、自動焦点画素は、二個以上の自動焦点画素アレイＰＤＡＦを形成する。つまり、ユニットパターンＵ５中に、二個以上の 自動焦点画素アレイＰＤＡＦがある。たとえば、二個の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが、ユニットパターンＵ５中にある。さらに詳細には、二個の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが設置されるとともに、全カラー領域(つまり、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４)に対応する。さらに、各自動焦点画素アレイＰＤＡＦは２×２画素アレイである。

【0073】

図１１に示されるように、入射光Ｌは、固体撮像素子１１０のユニットパターンＵ５の右側からである。カラー領域ＣＲ１中、ノーマル画素Ｇｒ１１、Ｇｒ１２、Ｇｒ１３、あるいは、Ｇｒ１４に対応するカラーフィルター層 ( (緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素 Ｇｒ１１、Ｇｒ１２、Ｇｒ１３、あるいは、Ｇｒ１４に対応する(緑色) カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ６、Ｇｒ７、Ｇｒ８、Ｇｒ９、あるいは、Ｇｒ１０に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ２中、ノーマル画素Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、あるいは、Ｒ１６に対応するカラーフィルター層 ( (赤色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、あるいは、Ｒ１６に対応する (赤色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、あるいは、Ｒ１２に対応する(赤色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ３中、ノーマル画素Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１５、あるいは、Ｂ１６に対応するカラーフィルター層 ( (青色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１５、あるいは、Ｂ１６ に対応する (青色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ１１、あるいは、Ｂ１２に対応する(青色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ４中、ノーマル画素Ｇｂ１３、Ｇｂ１４、Ｇｂ１５、あるいは、Ｇｂ１６に対応するカラーフィルター層 ( (緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｂ１３、Ｇｂ１４、Ｇｂ１５、あるいは、Ｇｂ１６に対応する (緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８、Ｇｂ９、Ｇｂ１０、Ｇｂ１１、あるいは、Ｇｂ１２に対応する(緑色) カラーフィルターセグメントの幅より大きい。

【0074】

図１２は、本発明のいくつかの実施形態による固体撮像素子１１２の部分的な上面図である。図１２に示されるように、いくつかの実施形態において、固体撮像素子１１２の四個のカラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４は、ユニットパターンＵ６を形成する。たとえば、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４はそれぞれ、４×４画素アレイに対応する。いくつかの実施形態において、自動焦点画素は二個以上の自動焦点画素アレイＰＤＡＦを形成する。つまり、二個以上の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが、ユニットパターンＵ６中にある。たとえば、八個の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが、ユニットパターンＵ６中にある。さらに詳細には、八個の自動焦点画素アレイＰＤＡＦが設置されるとともに、全カラー領域(つまり、カラー領域ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、および、ＣＲ４)に対応する。さらに、各自動焦点画素アレイＰＤＡＦは２×１画素アレイである。

【0075】

図１２に示されるように、入射光Ｌは、固体撮像素子１１２のユニットパターンＵ６の右側からである。カラー領域ＣＲ１中、ノーマル画素Ｇｒ１３、Ｇｒ１４、Ｇｒ１５、あるいは、Ｇｒ１６に対応するカラーフィルター層((緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｒ１３、Ｇｒ１４、Ｇｒ１５、あるいは、Ｇｒ１６に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素 Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ８、Ｇｒ９、あるいは、Ｇｒ１２に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ２中、ノーマル画素Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、あるいは、Ｒ１６に対応するカラーフィルター層 ( (赤色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、あるいは、Ｒ１６に対応する(赤色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、Ｒ９、あるいは、Ｒ１２に対応する(赤色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ３中、ノーマル画素Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、あるいは、Ｂ１６に対応するカラーフィルター層 ( (青色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、あるいは、Ｂ１６に対応する (青色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ８、Ｂ９、あるいは、Ｂ１２に対応する(青色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。カラー領域ＣＲ４中、ノーマル画素Ｇｂ１３、Ｇｂ１４、Ｇｂ１５、あるいは、Ｇｂ１６に対応するカラーフィルター層 ( (緑色)カラーフィルターセグメント)は、入射光Ｌに近い側に設置されて、ノーマル画素Ｇｂ１３、Ｇｂ１４、Ｇｂ１５、あるいは、Ｇｂ１６に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅は、ノーマル画素Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ８、Ｇｂ９、あるいは、Ｇｂ１２に対応する(緑色)カラーフィルターセグメントの幅より大きい。

【0076】

総合すると、本発明のいくつかの実施形態によると、固体撮像素子は、可変幅を有するカラーフィルターセグメントを有し、チャネル分離を改善し、これにより、固体撮像素子の光電変換素子からのイメージ信号の品質を改善する。

【0077】

前述は、いくつかの実施形態の特徴を説明するので、当業者は、本発明の態様をよりよく理解することができる。当業者なら理解できるように、たやすく、本発明を基礎として用いて、その他のプロセス、および、構造を設計、あるいは、修正されて、同じ目的を実現する、および／または、紹介される実施形態の同じ長所を達成することができる。当業者ならさらに理解できることは、このような等価構造は、本発明の精神と範囲を逸脱せず、且つ、それらは、精神と範囲を逸脱しない条件下で、各種変化、置換、修正を行うことができる。よって、保護範囲は、請求項によって決定されるべきである。また、本発明のいくつかの実施形態が上で開示されているが、それらは、本発明の範囲を制限することを意図しない。

【0078】

この明細書を通じた特徴、長所、あるいは、類似言語は、本発明で実現されるすべての特徴、および、長所が、本発明の任意の単一の実施形態である、あるいは、単一の実施形態中に存在すべきであることを暗示するものではない。むしろ、特徴、および、長所に言及した言語は、一実施形態と関連して記載される特定の特徴、長所、あるいは、特性が、本発明の少なくとも一つの実施形態中に含まれることを意味すると理解される。よって、この明細書を通じた特徴、および、長所、および、類似言語の討論は、必ずしも、同じ実施形態を参照しない。

【0079】

さらに、一つ以上の実施形態において、本発明の記載される特徴、長所、および、特性は、任意の適当な方式で組み合わされる。当業者なら理解できるように、この記載の観点において、本開示は、特定の実施形態の一つ以上の特定の特徴、あるいは、長所がなくても実施することができる。ほかの例では、追加特徴、および、長所は、本開示の全実施形態中に含まれないある実施形態中で広く認められる。

【0080】

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の思想を脱しない範囲内で各種の変形を加えることができる。

【符号の説明】

【0081】

１００、１０２…固体撮像素子
１０１…半導体基板
１０１Ｂ…背面
１０１Ｆ…前面
１０３…光電変換素子
１０５…配線層
１０７…高誘電率膜
１０９…バッファ層
１１１…金属グリッド
１１１Ｓ１、１１１Ｓ２…金属セグメント
１１５…カラーフィルター層
１１５Ｇ…緑色カラーフィルター層
１１５ＧＳ…緑色カラーフィルターセグメント
１１５Ｒ…赤色カラーフィルター層
１１５ＲＳ…赤色カラーフィルターセグメント
１１９、１１９－２、１１９－５、１１９－８…集光構造
１２１…グリッド構造
１２１Ｓ、１２１Ｓ１、１２１Ｓ２…グリッドセグメント
Ａ-Ａ’、Ｂ-Ｂ’…線
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３、Ｇｂ４、Ｇｂ５、Ｇｂ６、Ｇｂ７、Ｇｂ８、Ｇｂ９、Ｇｂ１０、Ｇｂ１１、Ｇｂ１２、Ｇｂ１３、Ｇｂ１４、Ｇｂ１５、Ｇｂ１６、Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４、Ｇｒ５、Ｇｒ６、Ｇｒ７、Ｇｒ８、Ｇｒ９、Ｇｒ１０、Ｇｒ１１、Ｇｒ１２、Ｇｒ１３、Ｇｒ１４、Ｇｒ１５、Ｇｒ１６、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６… ノーマル画素
Ｃ２、Ｃ５、Ｃ８…中心軸
ＣＤ２、ＣＤ５、ＣＤ８…幅
ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４…カラー領域
Ｌ…入射光
ＬＷ１、ＬＷ２…幅
ＭＬ２、ＭＬ５、ＭＬ８…幅
ＭＷ１、ＭＷ２…幅
Ｐ２、Ｐ５、Ｐ８…中心軸
ＰＤＡＦ…自動焦点画素アレイ
Ｓ２、Ｓ５…シフト
Ｕ１…ユニットパターン
Ｘ、Ｙ、Ｚ…座標軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】