JP2024168191A - Photodetection device and electronic device - Google Patents
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Images
Classifications
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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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Abstract
Description
本技術(本開示に係る技術)は、光検出装置及び電子機器に関し、特に、位相差画素を有する光検出装置及び電子機器に関する。 This technology (technology related to the present disclosure) relates to a photodetection device and electronic device, and in particular to a photodetection device and electronic device having phase difference pixels.
位相差画素として、例えば、左右2つの光電変換素子をペアにして1つの画素とするDUAL PD方式が知られている。(例えば非特許文献1)。DUAL PD方式は、光電変換素子のペアで1つのオンチップレンズを共有する構造にすることで、左右の光電変換素子に別々の入射光が入るため、位相差を取得することができる。また、画像信号として使う際には、左右の光電変換素子の情報を足すことで位相差の影響を打ち消すことができる。DUAL PD方式は、全画素オートフォーカスの基本方式として使用することができる。 As a phase difference pixel, for example, the DUAL PD method is known, in which two photoelectric conversion elements, one on the left and one on the right, are paired to form one pixel (see, for example, Non-Patent Document 1). In the DUAL PD method, a pair of photoelectric conversion elements share a single on-chip lens, so that separate incident light enters the left and right photoelectric conversion elements, making it possible to obtain a phase difference. Furthermore, when used as an image signal, the effects of the phase difference can be cancelled out by adding the information from the left and right photoelectric conversion elements. The DUAL PD method can be used as the basic method for all-pixel autofocus.
オートフォーカスの性能を表す指標の1つである分離比は、画素の微細化により低下する可能性がある。 The separation ratio, which is one of the indicators of autofocus performance, may decrease as pixels become smaller.
本技術は、オートフォーカス性能が低下するのを抑制された光検出装置及び電子機器を提供することを目的とする。 The purpose of this technology is to provide a photodetection device and electronic device that suppresses degradation of autofocus performance.
本技術の一態様に係る光検出装置は、平面視で、第1方向に沿って互いに隣り合う第1光電変換素子及び第2光電変換素子が構成されたセル領域を複数含み、且つ一方の面が素子形成面であり他方の面が光入射面である半導体層と、第1屈折率を有する第1部分及び上記第1屈折率より高い第2屈折率を有する第2部分を有し、且つ上記光入射面側において平面視で上記セル領域に重なる位置に設けられた屈折光学素子と、を備え、一の上記屈折光学素子は、第1方向に沿って、上記第1光電変換素子寄りの位置に上記第1部分を有し、上記第2光電変換素子寄りの位置に上記第2部分を有し、他の一の上記屈折光学素子は、第1方向に沿って、上記第1光電変換素子寄りの位置に上記第2部分を有し、上記第2光電変換素子寄りの位置に上記第1部分を有する、光検出装置。 A photodetector according to one aspect of the present technology includes a semiconductor layer including a plurality of cell regions in which a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element are arranged adjacent to each other along a first direction in a plan view, and one surface of the semiconductor layer is an element formation surface and the other surface is a light incidence surface, and a refractive optical element having a first portion having a first refractive index and a second portion having a second refractive index higher than the first refractive index, and provided at a position overlapping the cell region in a plan view on the light incidence surface side, one of the refractive optical elements having the first portion at a position closer to the first photoelectric conversion element and the second portion at a position closer to the second photoelectric conversion element along the first direction, and another of the refractive optical elements having the second portion at a position closer to the first photoelectric conversion element and the first portion at a position closer to the second photoelectric conversion element along the first direction. A photodetector.
本技術の一態様に係る電子機器は、上記光検出装置と、上記光検出装置に被写体からの像光を結像させる光学系と、を備える。 An electronic device according to one aspect of the present technology includes the above-described light detection device and an optical system that focuses image light from a subject on the light detection device.
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。 Below, a preferred embodiment for implementing the present technology will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is an example of a representative embodiment of the present technology, and is not intended to narrow the scope of the present technology.
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。又、本技術を説明するのに適した図面を採用しているため、図面相互間において構成の相違がある場合がある。 In the following description of the drawings, the same or similar parts are given the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between thickness and planar dimensions, the thickness ratio of each layer, etc., differ from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined by taking into consideration the following explanation. Furthermore, the drawings naturally include parts with different dimensional relationships and ratios. Furthermore, because drawings suitable for explaining this technology have been adopted, there may be differences in configuration between the drawings.
また、以下に示す実施形態は、本技術の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本技術の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本技術の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 The embodiments shown below are merely examples of devices and methods for embodying the technical ideas of the present technology, and the technical ideas of the present technology do not specify the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components as described below. The technical ideas of the present technology can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を90°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、180°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。 In addition, the definitions of directions such as up and down in the following explanation are merely for the convenience of explanation and do not limit the technical ideas of this disclosure. For example, if an object is rotated 90 degrees and observed, up and down are converted into left and right and read, and of course, if it is rotated 180 degrees and observed, up and down are read inverted.
説明は以下の順序で行う。
1.第1実施形態
2.第2実施形態
電子機器への応用例
移動体への応用例
The explanation will be given in the following order.
1.
[第1実施形態]
この実施形態では、裏面照射型のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである光検出装置に本技術を適用した一例について説明する。
[First embodiment]
In this embodiment, an example in which the present technology is applied to a photodetector device that is a back-illuminated complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor will be described.
≪光検出装置の全体構成≫
まず、光検出装置1の全体構成について説明する。図1に示すように、本技術の第1実施形態に係る光検出装置1は、平面視したときの二次元平面形状が方形状の半導体チップ2を主体に構成されている。すなわち、光検出装置1は、半導体チップ2に搭載されている。この光検出装置1は、図54に示すように、光学系(光学レンズ)1011を介して被写体からの像光(入射光1022)を取り込み、撮像面上に結像された入射光1022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。
<Overall configuration of the photodetector>
First, the overall configuration of the
図1に示すように、光検出装置1が搭載された半導体チップ2は、互いに交差するX方向及びY方向を含む二次元平面において、中央部に設けられた方形状の画素領域2Aと、この画素領域2Aの外側に画素領域2Aを囲むようにして設けられた周辺領域2Bとを備えている。
As shown in FIG. 1, the
画素領域2Aは、例えば図54に示す光学系1011により集光される光を受光する受光面である。そして、画素領域2Aには、X方向(行方向)及びY方向(列方向)を含む二次元平面において複数の画素3が行列状に配置されている。換言すれば、画素3は、二次元平面内で互いに交差するX方向及びY方向のそれぞれの方向に繰り返し配置されている。なお、本実施形態においては、一例としてX方向とY方向とが直交している。また、X方向とY方向との両方に直交する方向がZ方向(厚み方向、積層方向)である。また、Z方向に垂直な方向が水平方向である。
The
図1に示すように、周辺領域2Bには、複数のボンディングパッド14が配置されている。複数のボンディングパッド14の各々は、例えば、半導体チップ2の二次元平面における4つの辺の各々の辺に沿って配列されている。複数のボンディングパッド14の各々は、半導体チップ2を外部装置と電気的に接続する際に用いられる入出力端子である。
As shown in FIG. 1, a plurality of
<ロジック回路>
図2に示すように、半導体チップ2は、ロジック回路13を備えている。ロジック回路13は、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6、出力回路7及び制御回路8などを含んでいる。ロジック回路13は、電界効果トランジスタとして、例えば、nチャネル導電型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)及びpチャネル導電型のMOSFETを有するCMOS(Complenentary MOS)回路で構成されている。
<Logic circuit>
2, the
垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成されている。垂直駆動回路4は、所望の画素駆動線10を順次選択し、選択した画素駆動線10に画素3を駆動するためのパルスを供給し、各画素3を行単位で駆動する。即ち、垂直駆動回路4は、画素領域2Aの各画素3を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素3の光電変換素子が受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素3からの画素信号を、垂直信号線11を通してカラム信号処理回路5に供給する。
The
カラム信号処理回路5は、例えば画素3の列毎に配置されており、1行分の画素3から出力される信号に対して画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。例えばカラム信号処理回路5は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)及びAD(Analog Digital)変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路5の出力段には水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線12との間に接続されて設けられる。
The column
水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成されている。水平駆動回路6は、水平走査パルスをカラム信号処理回路5に順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から信号処理が行われた画素信号を水平信号線12に出力させる。
The
出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線12を通して順次に供給される画素信号に対し、信号処理を行って出力する。信号処理としては、例えば、バッファリング、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を用いることができる。
The
制御回路8は、垂直同期信号、水平同期信号、及びマスタクロック信号に基づいて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、及び水平駆動回路6等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路8は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、及び水平駆動回路6等に出力する。
The
<画素>
図3に示すように、画素3の各々は、光電変換ユニット16を備えている。光電変換ユニット16は、光電変換素子PD1,PD2と、この光電変換素子PD1,PD2で光電変換された信号電荷を蓄積(保持)する電荷蓄積領域(フローティングディフュージョン:Floating Diffusion)FD1,FD2と、この光電変換素子PD1,PD2で光電変換された信号電荷を電荷蓄積領域FD1,FD2に転送する転送トランジスタTR1,TR2と、を備えている。また、複数の画素3の各々の画素3は、光電変換ユニット16、より具体的には電荷蓄積領域FD1,FD2に電気的に接続された読出し回路15を備えている。
<Pixels>
3, each of the
二つの光電変換素子PD1,PD2の各々は、受光量に応じた信号電荷を生成する。光電変換素子PD1,PD2はまた、生成された信号電荷を一時的に蓄積(保持)する。光電変換素子PD1は、カソード側が転送トランジスタTR1のソース領域と電気的に接続され、アノード側が基準電位線(例えばグランド)と電気的に接続されている。光電変換素子PD2は、カソード側が転送トランジスタTR2のソース領域と電気的に接続され、アノード側が基準電位線(例えばグランド)と電気的に接続されている。光電変換素子PD1,PD2としては、例えばフォトダイオードが用いられている。 Each of the two photoelectric conversion elements PD1 and PD2 generates a signal charge according to the amount of light received. The photoelectric conversion elements PD1 and PD2 also temporarily accumulate (hold) the generated signal charge. The cathode side of the photoelectric conversion element PD1 is electrically connected to the source region of the transfer transistor TR1, and the anode side is electrically connected to a reference potential line (e.g., ground). The cathode side of the photoelectric conversion element PD2 is electrically connected to the source region of the transfer transistor TR2, and the anode side is electrically connected to a reference potential line (e.g., ground). For example, photodiodes are used as the photoelectric conversion elements PD1 and PD2.
二つの転送トランジスタTR1,TR2のうち、転送トランジスタTR1のドレイン領域は、電荷蓄積領域FD1と電気的に接続されている。転送トランジスタTR1のゲート電極は、画素駆動線10(図2参照)のうちの転送トランジスタ駆動線と電気的に接続されている。転送トランジスタTR2のドレイン領域は、電荷蓄積領域FD2と電気的に接続されている。転送トランジスタTR2のゲート電極は、画素駆動線10のうちの転送トランジスタ駆動線と電気的に接続されている。
Of the two transfer transistors TR1 and TR2, the drain region of the transfer transistor TR1 is electrically connected to the charge storage region FD1. The gate electrode of the transfer transistor TR1 is electrically connected to the transfer transistor drive line of the pixel drive line 10 (see FIG. 2). The drain region of the transfer transistor TR2 is electrically connected to the charge storage region FD2. The gate electrode of the transfer transistor TR2 is electrically connected to the transfer transistor drive line of the
二つの電荷蓄積領域FD1,FD2のうちの電荷蓄積領域FD1は、光電変換素子PD1から転送トランジスタTR1を介して転送された信号電荷を一時的に蓄積して保持する。電荷蓄積領域FD2は、光電変換素子PD2から転送トランジスタTR2を介して転送された信号電荷を一時的に蓄積して保持する。 Of the two charge storage regions FD1 and FD2, the charge storage region FD1 temporarily accumulates and holds the signal charge transferred from the photoelectric conversion element PD1 via the transfer transistor TR1. The charge storage region FD2 temporarily accumulates and holds the signal charge transferred from the photoelectric conversion element PD2 via the transfer transistor TR2.
読出し回路15は、電荷蓄積領域FD1,FD2に蓄積された信号電荷を読み出し、信号電荷に基づく画素信号を出力する。読出し回路15は、これに限定されないが、画素トランジスタとして、例えば、増幅トランジスタAMPと、選択トランジスタSELと、リセットトランジスタRSTと、を備えている。これらのトランジスタ(AMP,SEL,RST)は、例えば、酸化シリコン膜(SiO2膜)からなるゲート絶縁膜と、ゲート電極と、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の主電極領域と、を有するMOSFETで構成されている。また、これらのトランジスタとしては、ゲート絶縁膜が窒化シリコン膜(Si3N4膜)、或いは窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜などの積層膜からなるMISFET(Metal Insulator Semiconductor FET)でも構わない。
The
増幅トランジスタAMPは、ソース領域が選択トランジスタSELのドレイン領域と電気的に接続され、ドレイン領域が電源線Vdd及びリセットトランジスタのドレイン領域と電気的に接続されている。そして、増幅トランジスタAMPのゲート電極は、電荷蓄積領域FD1,FD2及びリセットトランジスタRSTのソース領域と電気的に接続されている。 The source region of the amplification transistor AMP is electrically connected to the drain region of the selection transistor SEL, and the drain region is electrically connected to the power supply line Vdd and the drain region of the reset transistor. The gate electrode of the amplification transistor AMP is electrically connected to the charge storage regions FD1 and FD2 and the source region of the reset transistor RST.
選択トランジスタSELは、ソース領域が垂直信号線11(VSL)と電気的に接続され、ドレインが増幅トランジスタAMPのソース領域と電気的に接続されている。そして、選択トランジスタSELのゲート電極は、画素駆動線10(図2参照)のうちの選択トランジスタ駆動線と電気的に接続されている。 The source region of the selection transistor SEL is electrically connected to the vertical signal line 11 (VSL), and the drain is electrically connected to the source region of the amplification transistor AMP. The gate electrode of the selection transistor SEL is electrically connected to the selection transistor drive line of the pixel drive line 10 (see FIG. 2).
リセットトランジスタRSTは、ソース領域が電荷蓄積領域FD1,FD2及び増幅トランジスタAMPのゲート電極と電気的に接続され、ドレイン領域が電源線Vdd及び増幅トランジスタAMPのドレイン領域と電気的に接続されている。リセットトランジスタRSTのゲート電極は、画素駆動線10(図2参照)のうちのリセットトランジスタ駆動線と電気的に接続されている。 The source region of the reset transistor RST is electrically connected to the charge storage regions FD1 and FD2 and the gate electrode of the amplification transistor AMP, and the drain region is electrically connected to the power supply line Vdd and the drain region of the amplification transistor AMP. The gate electrode of the reset transistor RST is electrically connected to the reset transistor drive line of the pixel drive line 10 (see FIG. 2).
光検出装置1を備える電子機器は、二つの光電変換素子PD1,PD2のそれぞれに蓄積された信号電荷の位相差に基づいて、オートフォーカスを行う。フォーカスが合っていない場合には、光電変換素子PD1に溜まった信号電荷の量Q1と光電変換素子PD2に溜まった信号電荷の量Q2との間に位相差が生じる。電子機器は、位相差を小さくするように対物レンズを操作する等の操作を行い、フォーカスを合わせる。
An electronic device equipped with a
そして、フォーカス調整が終わると、電子機器は、光電変換素子PD1に溜まった信号電荷の量Q1と光電変換素子PD2に溜まった信号電荷の量Q2との和である加算信号電荷Q3(Q3=Q1+Q2)に基づいて、画像を生成する。すなわち、加算信号電荷Q3が画素信号に相当する。 After the focus adjustment is completed, the electronic device generates an image based on the sum signal charge Q3 (Q3 = Q1 + Q2), which is the sum of the amount of signal charge Q1 accumulated in the photoelectric conversion element PD1 and the amount of signal charge Q2 accumulated in the photoelectric conversion element PD2. In other words, the sum signal charge Q3 corresponds to the pixel signal.
≪概要≫
図5Aに示す比較例に係る光検出装置は、デュアルPD方式の光検出装置である。デュアルPD方式の光検出装置では、1つの画素3内に、例えば左右一対の光電変換素子PDL,PDRが構成されている。そして、そのような画素3が、画素領域2A(図1参照)において行列状に配置されている。例えば、そのような画素3が、画素領域2Aの全面又はほぼ全面に配置されている。また、図5Aに示すように、デュアルPD方式の光検出装置では、マイクロレンズ51が画素3毎に設けられていて、同一画素内の一対の光電変換素子PDL,PDRで1つのマイクロレンズ51を共有している。光電変換素子PDL,PDRでは、それぞれ入射する光の量に応じて信号電荷が生成される。そして、画素領域2A内における、左側の光電変換素子PDLの出力と右側の光電変換素子PDRの出力との間の位相差を求め、求めた位相差に基づいて光学レンズを駆動し、フォーカスを合わせることができる。このように、位相差を求めるための画素を、位相差画素と呼ぶ。
Overview
The photodetector according to the comparative example shown in FIG. 5A is a dual PD type photodetector. In the dual PD type photodetector, for example, a pair of left and right photoelectric conversion elements PDL and PDR are configured in one
位相差を利用したオートフォーカスの性能を表す指標の1つとして、分離比を挙げることができる。図5Bは、光の入射角度に対する光電変換素子PDL,PDRの感度の変化を示す図である。分離比は、左側の光電変換素子PDLの感度と、右側の光電変換素子PDRの感度との感度差Aであり、一方の感度を他方の感度で割った比として表しても良い。そして、この感度差Aが大きい程分離比が高いことを表す。すなわち、感度差Aが大きい程オートフォーカスの性能が高いことを表す。 The separation ratio can be cited as one index of autofocus performance that utilizes phase difference. Figure 5B is a diagram showing the change in sensitivity of the photoelectric conversion elements PDL and PDR with respect to the angle of incidence of light. The separation ratio is the sensitivity difference A between the sensitivity of the left photoelectric conversion element PDL and the sensitivity of the right photoelectric conversion element PDR, and may be expressed as the ratio of one sensitivity divided by the other. The larger this sensitivity difference A is, the higher the separation ratio is. In other words, the larger the sensitivity difference A is, the higher the autofocus performance is.
また、近年、画素のさらなる微細化が進められている。画素のさらなる微細化か進められると、入射光を画素3内に集光させる際に、マイクロレンズ51による光の回折の効果が十分ではなくなる可能性がある。例えば、図5Aに示すように、紙面右上から左下に向けて画素3に入射する光Lを考えた場合、レンズ性能により集光スポットの大きさを十分小さくするのが難しくなると、左側の光電変換素子PDLに十分に光Lを集光するのが難しくなり、右側の光電変換素子PDRに漏れる光が増加する可能性がある。そうすると、光電変換素子PDL,PDRの感度は、図5Bに示すように、点線で示す状態から実線で示す状態になり、感度差Aが小さくなることが予想される。
In addition, in recent years, pixels have been further miniaturized. If pixels are further miniaturized, the effect of light diffraction by the
≪光検出装置の具体的な構成≫
次に、本技術の第1実施形態に係る光検出装置1の具体的な構成について、図4Aから図4Gまでを用いて説明する。本技術の第1実施形態に係る光検出装置は、デュアルPD方式の光検出装置である。
<Specific configuration of the light detection device>
Next, a specific configuration of the
<光検出装置の積層構造>
図4Aに示すように、光検出装置1(半導体チップ2)は、例えば、一方の面が第1の面S1であり他方の面が第2の面S2である半導体層20を有する。なお、第1の面S1を素子形成面又は主面(おもて面)と呼び、第2の面S2を光入射面又は裏面と呼ぶこともある。半導体層20の第2の面S2側には、第2の面S2に近い方から屈折光学素子層30と、カラーフィルタ層40と、オンチップレンズ層50とをその順で積層した積層構造を有している。なお、半導体層20からオンチップレンズ層50までの各構成要素同士の間には、例えば他の構成要素が介在していても良い。図4Aに示す例では、半導体層20と屈折光学素子層30との間に絶縁膜m1を設け、屈折光学素子層30と、カラーフィルタ層40との間に絶縁膜m2を設けている。また、半導体層20の第1の面S1側には、図示を省略した配線層が積層されている。配線層は、絶縁膜を介して積層された主に水平方向に沿って延在する横配線と、絶縁膜内を主に厚み方向に沿って延在する縦配線とを含んだ多層配線構造を有する。本実施形態では、光検出装置1の第1の面S1側に積層された構成要素について、その説明を省略する。
<Layer structure of photodetector>
As shown in FIG. 4A, the light detection device 1 (semiconductor chip 2) has a
<半導体層>
図4Aに示すように、半導体層20は、半導体基板で構成されている。半導体層20は、これには限定されないが、例えば、単結晶シリコン(Si)基板で構成されている。半導体層20の画素領域2Aに相当する部分には、X方向及びY方向を含む二次元平面において複数のセル領域20aが行列状に設けられている。セル領域20aは、画素3毎に設けられている。例えば、分離領域20bで区画された島状のセル領域20aが画素3毎に設けられている。なお、画素3の数は、図4Aに限定されるものではない。
<Semiconductor Layer>
As shown in Fig. 4A, the
分離領域20bには、これには限定されないが、例えば、トレンチ構造が設けられている。より具体的には、半導体層20の分離領域20bにおいて厚み方向に沿って溝を形成し、形成した溝内に区画材料を埋め込んでトレンチ構造の区画壁21を形成している。図4Gは、1つのセル領域20aを第2の面S2側から観察した説明図である。区画壁21は、平面視でセル領域20aを囲んでいる。また、図4GのA-A切断線に沿って断面視した図が図4Aである。図4Aに示すように、区画壁21は、Z方向に沿って、第1の面S1から第2の面S2まで延在している。区画材料として、例えば、酸化シリコン(SiO2)、Airギャップ(空壁)、及び高屈折材料等を挙げることができる。高屈折材料としては、例えば、酸化チタン(TiO2)、窒化シリコン(Si3N4)、酸化ハフニウム(HfO2)、及び酸化タンタル(Ta2O5)等を挙げることができる。本実施形態では、区画材料として酸化シリコンを用いた例について、説明する。
The
セル領域20a内には、図3に示した光電変換素子PD1(第1光電変換素子)と光電変換素子PD2(第2光電変換素子)との2つの光電変換素子が、セル領域20a毎に構成されている。セル領域20a内において、光電変換素子PD1,PD2は、第1方向(本実施形態ではX方向)に沿って並べて配置されている。例えば、セル領域20a内において、光電変換素子PD1が紙面右側に配置され、光電変換素子PD2が紙面左側に配置されている。なお、光電変換素子PD1と光電変換素子PD2とを互いに区別しない場合、単に光電変換素子PDと呼ぶ。また、セル領域20a内には、トランジスタや電荷蓄積領域FD等、光電変換素子PD以外の素子や拡散領域が構成されていても良いが、本実施形態ではその図示及び説明を省略する。
In the
セル領域20a内において、光電変換素子PD1が構成される領域と光電変換素子PD2が構成される領域との間に不純物をイオン注入することにより、周囲と導電型が異なる半導体領域を設け、これによりセル領域20aを半導体領域23と半導体領域24とに区画し、光電変換素子PD1と光電変換素子PD2とを電気的に分離している。半導体領域23,24は、サブセル領域である。このように半導体層20に不純物をイオン注入して得られた不純物区画構造を区画構造22と呼び、図4A及び図4Gに示す破線で表すこととする。区画構造22は、中央分離構造であり、Z方向及びY方向に沿って延在している。半導体領域23には光電変換素子PD1が構成され、半導体領域24には光電変換素子PD2が構成されている。
In the
<屈折光学素子層>
図1に示すように、平面視において、屈折光学素子層30は、画素領域2Aに重なる位置に設けられている。そして、屈折光学素子層30は、X方向及びY方向を含む二次元平面において行列状に配置された複数の屈折光学素子31を含む。屈折光学素子31は、画素3毎に、すなわちセル領域20a毎に設けられている。より具体的には、屈折光学素子31は、平面視でセル領域20aに重なる位置に設けられている。
<Refractive Optical Element Layer>
1, the refractive
図4Aに示すように、厚み方向において、屈折光学素子層30は、半導体層20の光入射面(第2の面S2)とカラーフィルタ層40との間に設けられている。屈折光学素子31は、第1部分32と第2部分33とを有する。第1部分32及び第2部分33は、X方向に沿って互いに隣同士になるように並べて配置され、且つ互いに異なる屈折率を有する。第1部分32は第1屈折率n1を有し、第2部分33は第1屈折率n1より高い第2屈折率n2を有する(n1<n2)。また、屈折光学素子31の厚み(Z方向に沿った寸法)は、30nm以上、200nm以下である。そして、本実施形態では、第1部分32及び第2部分33の厚み(Z方向に沿った寸法)は、同じである。
As shown in FIG. 4A, in the thickness direction, the refractive
以下、第1部分32及び第2部分33の配置について、説明する。図4Aに示す縦断面図では、第1部分32が右側(光電変換素子PD1寄りの位置)に配置されていて、第2部分33が左側(光電変換素子PD2寄りの位置)に配置されている。そして、本実施形態では、このような第1部分32及び第2部分33の配置は、行列状に配置された複数の屈折光学素子31の一行の屈折光学素子31について同じである。図4Aに示す屈折光学素子31に対して光Lが入射すると、入射した光が進む速度は、第1部分32と第2部分33とのうち屈折率が高い第2部分33において第1部分32より遅くなる。これにより、光の波面が紙面垂直方向を軸として時計回りに回転され、光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2のうち左側にある光電変換素子PD2寄りの方向へ向けて光Lが導かれる。このように図4Aに示す屈折光学素子31はX方向に沿った一方側(図4Aの左側)へ光Lを導く(導波する)ので、屈折光学素子31Lと呼ぶ場合がある。
The arrangement of the
そして、図4Aに示す一行の屈折光学素子31とY方向に沿って隣り合う他の一行の屈折光学素子31については、図4Bに示すように、第1部分32及び第2部分33の配置が図4Aとは左右逆になっている。図4Bに示す一行の屈折光学素子31では、第1部分32が左側(光電変換素子PD2寄りの位置)に配置されていて、第2部分33が右側(光電変換素子PD1寄りの位置)に配置されている。そして、本実施形態では、このような第1部分32及び第2部分33の配置は、行列状に配置された複数の屈折光学素子31の一行の屈折光学素子31について同じである。図4Bに示す屈折光学素子31に対して光Lが入射すると、入射した光Lが進む速度は、第1部分32と第2部分33とのうち屈折率が高い第2部分33において第1部分32より遅くなる。これにより、光の波面が紙面垂直方向を軸として反時計回りに回転され、光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2のうち右側にある光電変換素子PD1寄りの方向へ向けて光Lが導かれる。このように図4Bに示す屈折光学素子31はX方向に沿った他方側(図4Bの右側)へ光Lを導く(導波する)ので、屈折光学素子31Rと呼ぶ場合がある。
As shown in FIG. 4B, the arrangement of the
このように、屈折光学素子層30は、屈折光学素子31Lと屈折光学素子31Rとの両方を含む。なお、屈折光学素子31Lと屈折光学素子31Rとを互いに区別しない場合、単に屈折光学素子31と呼ぶ。本実施形態では、光検出装置1は、図4Aに示す屈折光学素子31Lと図4Bに示す屈折光学素子31RとがY方向に沿って一行ずつ交互に配置されている例について説明する。また、屈折光学素子層30、すなわち屈折光学素子31は、なるべく半導体層20寄りの位置に設けることにより、第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ光Lを導く効果を高めることができる。
Thus, the refractive
図4Cは、2行2列の屈折光学素子31の配置を示す平面図である。1つの屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさは、第1部分32が占める領域の大きさと同じである。2行2列の屈折光学素子31のうち、紙面上側2つは屈折光学素子31Lであり、紙面下側2つは屈折光学素子31Rである。平面視で屈折光学素子31Lに重なる画素3を画素3Lと呼び、平面視で屈折光学素子31Rに重なる画素3を画素3Rと呼び、互いに区別する。画素3Lと画素3Rとを区別しない場合、単に画素3と呼ぶ。同様に、平面視で屈折光学素子31Lに重なるセル領域20aをセル領域20aLと呼び、平面視で屈折光学素子31Rに重なるセル領域20aをセル領域20aRと呼び、互いに区別する。セル領域20aLは左側用のセル領域であり、セル領域20aRは右側用のセル領域である。セル領域20aLとセル領域20aRとを区別しない場合、単にセル領域20aと呼ぶ。
Figure 4C is a plan view showing an arrangement of refractive
図4Dは、左側用のセル領域20aLに構成された光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2の、光の入射角度に対する感度を示す図である。図4Eは、右側用のセル領域20aRに構成された光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2の、光の入射角度に対する感度を示す図である。図4Dに示すように、セル領域20aLでは、光の入射角度が0°以下の領域で分離比が向上している。そして、図4Eに示すように、セル領域20aRでは、光の入射角度が0°以上の領域で分離比が向上している。そして、図4Dの光の入射角度が0°以下の領域と、図4Eの光の入射角度が0°以上の領域とを組み合わせて利用することにより、マイナスの入射角度からプラスの入射角度までの領域で、分離比を向上させることができる。すなわち、屈折光学素子31Lと屈折光学素子31Rとを組み合わせることにより、分離比を向上させることができる。
Figure 4D is a diagram showing the sensitivity of the photoelectric conversion element PD1 and the photoelectric conversion element PD2 configured in the cell region 20aL for the left side to the incident angle of light. Figure 4E is a diagram showing the sensitivity of the photoelectric conversion element PD1 and the photoelectric conversion element PD2 configured in the cell region 20aR for the right side to the incident angle of light. As shown in Figure 4D, in the cell region 20aL, the separation ratio is improved in the region where the incident angle of light is 0° or less. And, as shown in Figure 4E, in the cell region 20aR, the separation ratio is improved in the region where the incident angle of light is 0° or more. And, by combining and using the region where the incident angle of light is 0° or less in Figure 4D and the region where the incident angle of light is 0° or more in Figure 4E, the separation ratio can be improved in the region from negative incident angles to positive incident angles. That is, by combining the refractive
第1屈折率n1と第2屈折率n2との差は、例えば、0.2以上、0.5以下である。このような屈折率の差は、第1部分32を構成する材料とび第2部分33を構成する材料との組み合わせにより決まる。第1部分32は、例えば、屈折率nが1.24程度を有する材料で構成することができる。より具体的には、第1部分32を構成する材料として、例えば、フィラー充填シリカ、低屈折率の樹脂材等を挙げることができる。第2部分33は、例えば、屈折率nが1.9以上程度を有する材料で構成することができる。より具体的には、第2部分33を構成する材料として、例えば、窒化シリコン(Si3N4)、酸化チタン(TiO2)、及び酸化タンタル(Ta2O5)等を挙げることができる。また、酸化シリコン(SiO2)は屈折率nが1.4程度であるので、上述の材料との組み合わせによっては、第1部分32又は第2部分33を構成する材料として用いることができる。
The difference between the first refractive index n1 and the second refractive index n2 is, for example, 0.2 or more and 0.5 or less. Such a difference in refractive index is determined by the combination of the material constituting the
<カラーフィルタ層>
図4Aに示すように、カラーフィルタ層40は、カラーフィルタ41と、カラーフィルタ41同士の間を区画する区画壁42とを有する。カラーフィルタ41は画素3毎に設けられている。図4Fに示すように、カラーフィルタ41には、赤色光用のフィルタRと、緑色光用のフィルタGと、青色光用のフィルタBとの3種類があり、同色のフィルタが2行2列に並べて配置されている。図4Cに示した2行2列のセル領域20aは、全て同じ色のカラーフィルタ41に平面視で重なっている。カラーフィルタ41は、例えば公知の樹脂製である。
<Color filter layer>
As shown in Fig. 4A, the
図4Aに示すように、区画壁42は、入射光を画素3に対して更に集光しやすくするために設けている。区画壁42を構成する材料として、カラーフィルタ41を構成する材料より屈折率が低い材料を用いる。これにより、区画壁42が光を導波し、オンチップレンズ層50を通過した光を、画素3に対して更に集光しやすくすることができる。区画壁42を構成する材料として、例えば、酸化シリコン(SiO2)、空気、及び低屈折率材料を挙げることができる。低屈折率材料としては、例えば、フィラー充填シリカ、公知の低屈折率の樹脂材料等を挙げることができる。本実施形態では、区画壁42が低屈折率の樹脂材料により構成されているとして、説明する。
As shown in FIG. 4A, the
<オンチップレンズ層>
図4Aに示すように、オンチップレンズ層50は、画素3毎に設けられたマイクロレンズ(オンチップレンズ)51を複数含む。オンチップレンズ層50は、例えば公知の樹脂製であり、その屈折率は、これには限定されないが、例えば、1.5以上、1.6以下程度である。
<On-chip lens layer>
4A , the on-
<絶縁膜>
絶縁膜m1及び絶縁膜m2は、公知の絶縁材料製である。絶縁膜m1を構成する絶縁材料として、これには限定されないが、例えば、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(AlO,Al2O3)を挙げることができる。また、絶縁膜m1は複数層積層して設けても良く、その場合には、上述の絶縁材料のうちの異なる材料からなる膜を組み合わせても良い。絶縁膜m2を構成する絶縁材料として、これには限定されないが、例えば、酸化シリコン(SiO2)を挙げることができる。
<Insulating film>
The insulating film m1 and the insulating film m2 are made of known insulating materials. Examples of insulating materials constituting the insulating film m1 include, but are not limited to, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon oxide (SiO 2 ), and aluminum oxide (AlO, Al 2 O 3 ). The insulating film m1 may be provided in a multi-layered structure, in which case films made of different materials among the insulating materials mentioned above may be combined. Examples of insulating materials constituting the insulating film m2 include, but are not limited to, silicon oxide (SiO 2 ).
≪第1実施形態の主な効果≫
以下、第1実施形態の主な効果を説明する。本技術の第1実施形態に係る光検出装置1では、屈折光学素子31が、第1方向に沿って、第1屈折率n1を有する第1部分32と第1屈折率n1より高い第2屈折率n2を有する第2部分33とを有するので、光検出装置1に入射した光を、第1方向に沿って第1部分32と第2部分33とのうちの第2部分33側に導くことができる。これにより、光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2のうち、平面視で第2部分33側寄りに位置する方の光電変換素子へ向けてより光を集めることができ、分離比が低下するのを抑制できる。特に、画素3のさらなる微細化によって、オンチップレンズ層50による光の回折の効果が十分ではなくなった場合であっても、光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2のうち平面視で第2部分33側寄りに位置する光電変換素子へ向けてより光を集めることができ、分離比が低下するのを抑制できる。
<<Main Effects of the First Embodiment>>
The main effects of the first embodiment will be described below. In the
また、本技術の第1実施形態に係る光検出装置1では、一の屈折光学素子31Lは、第1方向に沿って、光電変換素子PD1寄りの位置に第1部分32を有し、光電変換素子PD2寄りの位置に第2部分33を有し、他の一の屈折光学素子31は、第1方向に沿って、光電変換素子PD1寄りの位置に第2部分33を有し、光電変換素子PD2寄りの位置に第1部分32を有する。このように、光電変換素子PD1と光電変換素子PD2とのうちの光電変換素子PD2側へ向けて光を集めるように設計した屈折光学素子31Lと、光電変換素子PD1側へ向けて光を集めるように設計した屈折光学素子31Rと、を組み合わせて光電変換素子PD1の出力と光電変換素子PD2の出力との間の位相差を求めるので、分離比が低下するのが抑制された状態で、光電変換素子PD1の出力と光電変換素子PD2の出力との間の位相差を求めることができる。そして、そのように求めた位相差に基づいてレンズを駆動し、フォーカスを合わせることができる。
In the
また、本技術の第1実施形態に係る光検出装置1では、第1方向がX方向であるので、光電変換素子PD1の出力と光電変換素子PD2の出力との間の位相差をX方向に沿って求めることができる。
In addition, in the
≪第1実施形態の変形例≫
以下、第1実施形態の変形例について、説明する。なお、以下の変形例において屈折光学素子31L及び屈折光学素子31Rのうちの一方の屈折光学素子のみを示し、他方の屈折光学素子については図面を省略している場合がある。
<Modification of the First Embodiment>
Modifications of the first embodiment will be described below. Note that in the following modifications, only one of the refractive
<変形例1>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Cに示すように第1方向はX方向であったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例1に係る光検出装置1では、図6に示すように、第1方向はY方向である。
<
In the
図6は、2行2列の屈折光学素子31の配置を示す平面図である。なお、図6においては、屈折光学素子31と光電変換素子PD1,PD2との位置関係を補っている。なお、図6以降の図面においても、同様に屈折光学素子31と光電変換素子PD1,PD2との位置関係を補う場合がある。セル領域20a内において、光電変換素子PD2,PD1は、Y方向に沿って並べて配置されている。例えば、セル領域20a内において、光電変換素子PD1が紙面上側に配置され、光電変換素子PD2が紙面下側に配置されている。
Figure 6 is a plan view showing an arrangement of refractive
屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさは、第1部分32が占める領域の大きさと同じである。2行2列の屈折光学素子31のうち、紙面右側2つは屈折光学素子31UPであり、紙面左側2つは屈折光学素子31LOである。屈折光学素子31UPと屈折光学素子31LOとを互いに区別しない場合、単に屈折光学素子31と呼ぶ。また、平面視で屈折光学素子31UPに重なる画素3を画素3UPと呼び、平面視で屈折光学素子31LOに重なる画素3を画素3LOと呼び、互いに区別する。画素3UPと画素3LOとを区別しない場合、単に画素3と呼ぶ。同様に、平面視で屈折光学素子31UPに重なるセル領域20aをセル領域20aUPと呼び、平面視で屈折光学素子31LOに重なるセル領域20aをセル領域20aLOと呼び、互いに区別する。セル領域20aUPは上側用のセル領域であり、セル領域20aLOは下側用のセル領域である。セル領域20aUPとセル領域20aLOとを区別しない場合、単にセル領域20aと呼ぶ。また、屈折光学素子31UPと屈折光学素子31LOとは、例えば、X方向及びY方向を含む二次元平面において一列ずつ交互に配置されていても良い。
In the refractive
屈折光学素子31UPは、第1部分32が下側(光電変換素子PD2寄りの位置)に配置されていて、第2部分33が上側(光電変換素子PD1寄りの位置)に配置されている。屈折光学素子31UPに光が入射すると、入射した光が進む速度は、第1部分32と第2部分33とのうち屈折率が高い第2部分33において第1部分32より遅くなる。これにより、光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2のうちの光電変換素子PD1へ向けて光が導かれる。
The refractive optical element 31UP has a
屈折光学素子31LOは、第2部分33が下側(光電変換素子PD2寄りの位置)に配置されていて、第1部分32が上側(光電変換素子PD1寄りの位置)に配置されている。屈折光学素子31LOに光が入射すると、入射した光が進む速度は、第1部分32と第2部分33とのうち屈折率が高い第2部分33において第1部分32より遅くなる。これにより、光電変換素子PD1及び光電変換素子PD2のうちの光電変換素子PD2へ向けて光が導かれる。
The refractive optical element 31LO has the
この第1実施形態の変形例1に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
また、本技術の第1実施形態の変形例1に係る光検出装置1では、第1方向がY方向であるので、光電変換素子PD1の出力と光電変換素子PD2の出力との間の位相差をY方向に沿って求めることができる。
In addition, in the
<変形例2>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Cに示すように、第1部分32と第2部分33とがX方向に沿って並べて配置され、第1実施形態の変形例1に係る光検出装置1では、図6に示すように、第1部分32と第2部分33とがY方向に沿って並べて配置されていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例2に係る光検出装置1は、図7に示すように、第1部分32と第2部分33とがX方向に沿って並べて配置された領域と、Y方向に沿って並べて配置された領域とを有している。
<
In the
図7に示す例では、これには限定されないが、例えば、2行2列の屈折光学素子31のうち、右上に屈折光学素子31UPが配置され、右下に屈折光学素子31Rが配置され、左上に屈折光学素子31Lが配置され、左下に屈折光学素子31LOが配置されている。また、本変形例では、屈折光学素子31L,31Rに重なるセル領域20aL,20aRにおいては、光電変換素子PD2,PD1がX方向に沿って並べて配置されている。そして、屈折光学素子31UP,31LOに重なるセル領域20aUP,20aLOにおいては、光電変換素子PD2,PD1がY方向に沿って並べて配置されている。なお、本変形例では、X方向とY方向とのうちの一方が第1方向であり、他方が第2方向である。
In the example shown in FIG. 7, although not limited thereto, for example, of the refractive
この第1実施形態の変形例2に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例1に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
また、本技術の第1実施形態の変形例2に係る光検出装置1では、光電変換素子PD1の出力と光電変換素子PD2の出力との間の位相差を、X方向及びY方向の両方に沿って求めることができる。
In addition, in the
<変形例3>
第1実施形態の変形例3に係る光検出装置1は、図8Aに示すようにX方向及びY方向の両方向に沿って屈折光学素子31Lを並べて配置した領域と、図8Bに示すようにX方向及びY方向の両方向に沿って屈折光学素子31Rを並べて配置した領域とを有している。
<
The
この第1実施形態の変形例3に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例4>
第1実施形態の変形例4に係る光検出装置1は、図9Aに示すようにX方向及びY方向の両方向に沿って屈折光学素子31UPを並べて配置した領域と、図9Bに示すようにX方向及びY方向の両方向に沿って屈折光学素子31LOを並べて配置した領域とを有している。
<
The
この第1実施形態の変形例4に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例1に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例5>
第1実施形態の変形例5に係る光検出装置1は、図10Aに示すように屈折光学素子31LOと屈折光学素子31Lとを並べて配置した領域と、図10Bに示すように屈折光学素子31UPと屈折光学素子31Rとを並べて配置した領域とを有している。
<
The
この第1実施形態の変形例5に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び第1実施形態の変形例2に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例6>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Cに示すように、屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさは、第1部分32が占める領域の大きさと同じであったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例6に係る光検出装置1では、図11に示すように、屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさとは異なる大きさに設けている。より具体的には、第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさより大きく設けている。
<
In the
屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33は、第1方向(X方向)に沿って第1部分32へ向けて広げられている。そのため、屈折光学素子31において、第2部分33は、セル領域20aの平面視における中央部に重なる領域が、第1部分32より多くなっている。
In the refractive
この第1実施形態の変形例6に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
また、本技術の第1実施形態の変形例6に係る光検出装置1の屈折光学素子31では、平面視で、第1部分32より屈折率が大きい第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさより大きく設けたので、より多くの光が第2部分33を通過し、第2部分33と平面視で重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができる。
In addition, in the refractive
また、第1実施形態の変形例6に係る光検出装置1では、第2部分33は、セル領域20aの平面視における中央部に重なる領域が、第1部分32より多い構成である。セル領域20aの平面視における中央部は最も光が当たる集光ポイントである。そのような集光ポイントに重なる領域を第2部分33において第1部分32より増やすことにより、平面視で第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができる。
In addition, in the
<変形例7>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Cに示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状(一直線)であったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例7に係る光検出装置1では、図12に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状ではなく曲がっている。
<
In the
また、第1実施形態の変形例7に係る光検出装置1では、図12に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界において、第2部分33は、平面視で、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)における中央部が端部より第1部分32側に位置している。より具体的には、第2部分33は、平面視で、Y方向における中央部が三角形状をなして第1部分32へ向けて突出している。そして、第2部分33の、Y方向における中央部が第1部分32へ向けて突出した結果、屈折光学素子31において、第2部分33は、セル領域20aの平面視における中央部に重なる領域が、第1部分32より多くなっている。
In the
この第1実施形態の変形例7に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
また、本技術の第1実施形態の変形例7に係る光検出装置1では、第2部分33がセル領域20aの平面視における中央部に重なる領域を、第1部分32より増やすことにより、平面視で第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができる。
In addition, in the
<変形例8>
第1実施形態の変形例8に係る光検出装置1では、図13に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状ではなく曲がっている。また、第1実施形態の変形例8に係る光検出装置1では、図13に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界において、第1部分32は、平面視で、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)における中央部が端部より第2部分33側に位置している。より具体的には、第1部分32は、平面視で、Y方向における中央部が三角形状をなして第2部分33へ向けて突出している。また、本変形例では、第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさより小さく設けている。これにより、光を曲げる角度を小さく調整することができる。
<
In the
この第1実施形態の変形例8に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例9>
第1実施形態の変形例9に係る光検出装置1では、図14に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状ではなく曲がっている。また、第1実施形態の変形例9に係る光検出装置1では、図14に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界において、第2部分33は、平面視で、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)における中央部が端部より第1部分32側に位置している。より具体的には、第2部分33は、平面視で、Y方向における中央部が台形形状をなして第1部分32へ向けて突出している。そして、第2部分33の、Y方向における中央部が第1部分32へ向けて突出した結果、屈折光学素子31において、第2部分33は、セル領域20aの平面視における中央部に重なる領域が、第1部分32より多くなっている。
<Modification 9>
In the
この第1実施形態の変形例9に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
また、本技術の第1実施形態の変形例9に係る光検出装置1では、第2部分33がセル領域20aの平面視における中央部に重なる領域を、第1部分32より増やすことにより、平面視で第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができる。
In addition, in the
<変形例10>
第1実施形態の変形例10に係る光検出装置1では、図15に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状ではなく曲がっている。また、第1実施形態の変形例10に係る光検出装置1では、図15に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界において、第1部分32は、平面視で、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)における中央部が端部より第2部分33側に位置している。より具体的には、第1部分32は、平面視で、Y方向における中央部が台形形状をなして第2部分33へ向けて突出している。また、本変形例では、第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさより小さく設けている。これにより、光を曲げる角度を小さく調整することができる。
<
In the
この第1実施形態の変形例10に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例11>
第1実施形態の変形例11に係る光検出装置1では、図16に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状ではなく円弧状に徐々に曲がっている。また、第1実施形態の変形例11に係る光検出装置1では、図16に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界において、第2部分33は、平面視で、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)における中央部が端部より第1部分32側に位置している。より具体的には、第2部分33は、平面視で、Y方向における中央部が楕円の円弧状の形状をなして第1部分32へ向けて突出している。そして、第2部分33の、Y方向における中央部が第1部分32へ向けて突出した結果、屈折光学素子31において、第2部分33は、セル領域20aの平面視における中央部に重なる領域が、第1部分32より多くなっている。
<
In the
この第1実施形態の変形例11に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例11に係る光検出装置1では、第2部分33がセル領域20aの平面視における中央部に重なる領域を、第1部分32より増やすことにより、平面視で第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができる。
In addition, in the
<変形例12>
第1実施形態の変形例12に係る光検出装置1では、図17に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界が直線状ではなく円弧状に徐々に曲がっていても良い。また、第1実施形態の変形例12に係る光検出装置1では、図17に示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との境界において、第1部分32は、平面視で、第1方向(X方向)に直交する第2方向(Y方向)における中央部が端部より第2部分33側に位置している。より具体的には、第1部分32は、平面視で、Y方向における中央部が楕円の円弧状の形状をなして第2部分33へ向けて突出している。また、本変形例では、第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさより小さく設けている。これにより、光を曲げる角度を小さく調整することができる。
<
In the
この第1実施形態の変形例12に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例13>
第1実施形態に係る光検出装置1では、例えば図4A及び図4Bに示すように、第1部分32と第2部分33とが周期的に配置されていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例13に係る光検出装置1では、図4C、図6、図7、図8A、図8B、図9A、図9B、図10A、及び図10B等に示す第1部分32と第2部分33との配置パターンのうち、少なくとも2つ以上のパターン組み合わせても良い。
<
In the
この第1実施形態の変形例13に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
<変形例14>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように第1部分32と第2部分33とが互いに接していたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例14に係る光検出装置1では、図18A及び図18Bに示すように、第1部分32と第2部分33との間に隙間がある。
<
In the
製造方法によっては、第1部分32と第2部分33との間に隙間が生じる場合がある。隙間は、第1部分32と第2部分33との間にある。より具体的には、隙間は、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33との間と、屈折光学素子31同士の間と、にある。隙間には、第3部分34が設けられていて、第1部分32と第2部分33との間は、第3部分34により隔てられている。第3部分34の屈折率である第3屈折率n3は、第1屈折率n1及び第2屈折率n2とは異なる(n3≠n1,n2)。より具体的には、第3屈折率n3は、第1屈折率n1より大きく、且つ第2屈折率n2より小さい値である(n1<n3<n2)。例えば、第1屈折率n1=1.24であり、第2屈折率n2=1.9である場合に、第3屈折率n3=1.4の酸化シリコン(SiO2)を第3部分34として設けることができる。光検出装置1は、このような第3部分34を備える。
Depending on the manufacturing method, a gap may occur between the
この第1実施形態の変形例14に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例14に係る光検出装置1では、第1部分32と第2部分33との間に、第1屈折率n1と第2屈折率n2との間の値である第3屈折率n3を有する第3部分34が介在している。そのため、第1部分32から第2屈折率n2へ向けて屈折率が徐々に高くなるので、画素3に入射した光の波面の回転が滑らかになる。
In addition, in the
なお、第1部分32と第2部分33との間に隙間は、製造方法上の理由以外に、設計して設けることができる。また、第3部分34と絶縁膜m2とを別々に形成しても良いし、一緒に形成しても良い。
The gap between the
<変形例15>
上述の第1実施形態の変形例14に係る光検出装置1では、図18A及び図18Bに示すように、全ての第1部分32と第2部分33との間に第3部分34が設けられていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例15に係る光検出装置1では、図19A及び図19Bに示すように、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33とは互いに接していて、第3部分34は、屈折光学素子31同士の間の隙間のみに設けられている。より具体的には、隙間は、一の屈折光学素子31が有する第1部分32と、一の屈折光学素子31に隣り合う他の一の屈折光学素子31が有する第2部分33との間にある。第1部分32と第2部分33との間に他の媒質があると散乱の原因になる可能性がある。そのため、同じ一の屈折光学素子31に属する第1部分32と第2部分33とを互いに接するように設けている。
<
In the
この第1実施形態の変形例15に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例15に係る光検出装置1では、屈折光学素子31において第1部分32と第2部分33とが接しているので、第1部分32と第2部分33との間に生じる散乱を抑制することができる。
In addition, in the
<変形例16>
上述の第1実施形態の変形例14に係る光検出装置1、及び第1実施形態の変形例15に係る光検出装置1では、第3部分34は酸化シリコン製であったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例16に係る光検出装置1では、図20に示すように、第3部分34が酸窒化シリコン(SiON)又は樹脂材料製である。なお、本変形例における屈折光学素子31の平面図は、材料が異なる違いがあるものの、上述の図18Bと同じである。
<
In the
この第1実施形態の変形例16に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
<変形例17>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように、屈折光学素子層30は、厚み方向において、半導体層20の光入射面(第2の面S2)とカラーフィルタ層40との間に設けられていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例17に係る光検出装置1では、図21に示すように、光検出装置1に入射した光の光路中の異なる位置に屈折光学素子層30を配置している。より具体的には、屈折光学素子層30は、厚み方向において、カラーフィルタ層40とオンチップレンズ層50との間に設けられている。
<Modification 17>
In the
この第1実施形態の変形例17に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例18>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように第1部分32及び第2部分33の縦断面形状は方形であったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例18に係る光検出装置1では、図22に示すように、第1部分32及び第2部分33の縦断面形状はテーパー形状であっても良い。なお、第2部分33は、カラーフィルタ層40寄りの部分の幅が半導体層20寄りの部分の幅より狭いテーパー形状である。
<
In the
この第1実施形態の変形例18に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
なお、図23に示すように、第2部分33は、カラーフィルタ層40寄りの部分の幅が半導体層20寄りの部分の幅より広いテーパー形状であっても良い。
As shown in FIG. 23, the
<変形例19>
第1実施形態の変形例19に係る光検出装置1では、図24に示すように、屈折光学素子層30の半導体層20側にエッチングストッパ層m3を備えていても良い。屈折光学素子層30を形成する際に、絶縁膜m1の露出面にエッチングストッパ層m3を成膜し、エッチングストッパ層m3の露出面に第1部分32を構成する材料を成膜する。その後、公知のリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成する。マスクパターンは、平面視で第1部分32を形成する部分を覆い、第2部分33を形成する部分に開口を有する。そして、公知のエッチング技術を用いて、第1部分32を構成する材料のうちマスクパターンの開口から露出した部分を、選択されたエッチャントを用いてエッチングし、除去する。エッチングストッパ層m3を構成する材料として、選択されたエッチャントに対するエッチングレートが、第1部分32を構成する材料に対するエッチングレートより低い材料を選ぶ。エッチングストッパ層m3を構成する材料として、例えば、窒化シリコン(Si3N4)及び酸化ハフニウム(HfO2)等を挙げることができる。その後、マスクパターンを除去する。そして、第1部分32を構成する材料が除去された部分を埋めるように、第2部分33を構成する材料を成膜する。その後、化学機械研磨(Chemical Mechanical polishing,CMP)法を用いて、第2部分33を構成する材料のうち余分な部分を除去して、図24に示す屈折光学素子層30を得る。
<Modification 19>
In the
この第1実施形態の変形例19に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例19に係る光検出装置1では、エッチングストッパ層m3より半導体層20側に位置する材料がエッチングされるのを抑制できる。
In addition, in the
なお、本変形例では、第1部分32を構成する材料と第2部分33を構成する材料とのうち、第1部分32を構成する材料を先に成膜していたが、第2部分33を構成する材料を先に成膜しても良い。また、本変形例で説明した製造方法により、より具体的にはエッチングを行うことにより、変形例18に係る図22及び図23に描いたテーパー形状の第1部分32及び第2部分33を得ることもできる。
In this modification, the material constituting the
<変形例20>
第1実施形態の変形例20に係る光検出装置1では、図25に示すように、反射防止膜m4,m5を有していても良い。反射防止膜m4は屈折光学素子層30の絶縁膜m1側の面に設けられていて、反射防止膜m5は屈折光学素子層30のカラーフィルタ層40側の面に設けられている。屈折率の高い材料が存在すると、光が反射されて反射光として逆方向に進み、フレアが生じる可能性がある。そのため、反射光を打ち消すために反射防止膜m4,m5を設けている。反射防止膜m4,m5を構成する材料は、公知の材料であって良く、反射設計に基づいて選択すれば良い。
<
The
この第1実施形態の変形例20に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例20に係る光検出装置1では、フレアを抑制できる。なお、反射防止膜は、反射防止膜m4,m5の一方のみを設ける構成であっても良い。
Furthermore, in the
<変形例21>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように第1部分32及び第2部分33の厚みは、同じであったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例21に係る光検出装置1では、図26A及び図26Bに示すように、第1部分32及び第2部分33の厚みが異なっていても良い。図26Aでは、第1部分32の厚みが第2部分33の厚みより大きい。そして、図26Bでは、第2部分33の厚みが第1部分32の厚みより大きい。
<
In the
例えば、第1部分32と第2部分33とを個別に公知のエッチング技術を用いて形成する際には、図26Aに示すように、第1部分32と第2部分33とに厚み方向に段差が生じる場合がある。また、図26Bに示すように、第2部分33の厚みを意図して大きく設けることにより、第2部分33における通過光の光路が長くなり、平面視で第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができる。反対に、第2部分33の厚みを意図して小さく設けることにより、光を曲げる角度を小さくすることができる。
For example, when the
この第1実施形態の変形例21に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例21に係る光検出装置1では、第1部分32及び第2部分33の厚みを異ならせることにより、光の曲がり角度の様々な設計が可能になる。
In addition, in the
<変形例22>
第1実施形態の変形例22に係る光検出装置1では、図27A及び図27Bに示すように、屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさと第1部分32が占める領域の大きさとを、画素領域2A(図1参照)における屈折光学素子31の像高位置に応じて異ならせている。なお、画素領域2Aの中央部が像高中心であり、像高中心から画素領域2Aの縁部へ向かう程、像高が高くなる。
<
27A and 27B, in the
図27A及び図27Bには、像高中心付近に配置された屈折光学素子31と、中像高位置近に配置された屈折光学素子31と、高像高位置付近に配置された屈折光学素子31と、を示している。中像高位置とは、像高中心と高像高位置との間の像高位置を示す。像高中心付近では、屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさは、第1部分32が占める領域の大きさと同じである。図27Aに矢印で示すように、像高が高い位置では、像高中心付近と比べて斜めに入射する光が多くなる。そこで、本変形例に係る光検出装置1では、像高が高くなる程、屈折光学素子31において、平面視で、第2部分33が占める領域の大きさを、第1部分32が占める領域の大きさより大きくしている。これにより、斜めに入射する光が多い像高が高い位置においても、平面視で第2部分33と重なる方の光電変換素子PDへ向けてより多くの光を導くことができ、像高位置によって分離比が大きく変化するのを抑制できる。
27A and 27B show a refractive
この第1実施形態の変形例22に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例22に係る光検出装置1では、屈折光学素子31を像高位置に応じた構成としているので、像高位置によって分離比が大きく変化するのを抑制できる。
In addition, in the
<変形例23>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Gに示すように、区画構造22は不純物をイオン注入して得られた不純物区画構造であったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例23では、図28に示すように、中央分離構造として、区画構造22の代わりに、平面視でY方向に沿って、区画壁25aと、区画構造22と、区画壁25bとをその順で設け、セル領域20aを半導体領域23と半導体領域24とに区画している。
<
In the
区画壁25a,25bは、半導体層20に厚み方向に沿って溝を形成し、形成した溝内に区画材料を埋め込んだトレンチ構造である。区画壁25a及び区画壁25bは、平面視で互いに対向する位置に配置されていて、それぞれ一端が区画壁21に接続されている。そして、平面視で区画壁25aと区画壁25bとの間には、区画構造22が設けられている。
The
区画壁25a,25bは、区画壁21と同じ区画材料で構成されている。例えば、区画壁21,25a,25bは、酸化シリコン(SiO2)、又はAirギャップ(空壁)で構成されている。また、例えば、区画壁21,25a,25bは、上述の高屈折材料により構成されていても良い。
The
また、区画壁25a,25bは、区画壁21と異なる区画材料で構成されていても良い。例えば、区画壁21が酸化シリコン(SiO2)、又はAirギャップ(空壁)で構成されていて、区画壁25a,25bが上述の高屈折材料により構成されていても良い。
The
この第1実施形態の変形例23に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例23に係る光検出装置1では、区画壁21を酸化シリコン(SiO2)、又はAirギャップ(空壁)で構成し、区画壁25a,25bを高屈折材料により構成している。区画壁25a,25bを高屈折材料により構成したので、シリコンとの屈折率差が大きくなるのを抑制でき、セル領域20aの中央部に照射された光が区画壁25a,25bにより大きく散乱されるのを抑制できる。そして、区画壁25a,25bにより大きく散乱されるのを抑制でき、区画壁21を酸化シリコン(SiO2)、又はAirギャップ(空壁)で構成しているので、隣接する画素への混色、より具体的には異色用画素への混色を抑制することができる。
In the
<変形例24>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように、区画壁21は、Z方向に沿って、第1の面S1から第2の面S2まで延在していたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例24に係る光検出装置1では、図29に示すように、区画壁21は第1の面S1まで達しておらず、区画壁21の第1の面S1側の端部と、第1の面S1との間には、区画構造26が設けられている。区画構造26は、半導体層20に不純物をイオン注入して得られた不純物区画構造である。
<
In the
なお、1つのセル領域20aを第2の面S2側から観察した図は、図4Gと同じであっても良い。また、1つのセル領域20aを第2の面S2側から観察した図は、図28と同じであっても良く、その場合には、光検出装置1は、平面視でY方向に沿って、区画壁25aと、区画構造22と、区画壁25bとをその順で有する。また、区画壁21,25a,25bを構成する区画材料は、第1実施形態の変形例23で説明した通りである。
The view of one
この第1実施形態の変形例24に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例23に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例25>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように、光電変換素子PD1と光電変換素子PD2との間を、不純物区画構造である区画構造22で区画していたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1では、図30に示すように、光電変換素子PD1と光電変換素子PD2との間を、トレンチ構造である区画壁25cで区画している。中央分離構造である区画壁25cは、半導体層20に厚み方向に沿って溝を形成し、形成した溝内に区画材料を埋め込んだトレンチ構造を含む。区画壁25cは、図30に示す縦断面図において、Z方向に沿って第1の面S1から第2の面S2まで延在している。
<Modification 25>
In the
区画壁25cは、区画壁21と同じ区画材料で構成されている。例えば、区画壁21,25cは、酸化シリコン(SiO2)、又はAirギャップ(空壁)で構成されている。また、例えば、区画壁21,25cは、上述の高屈折材料により構成されていても良い。
The
また、区画壁25cは、区画壁21と異なる区画材料で構成されていても良い。例えば、区画壁21が酸化シリコン(SiO2)、又はAirギャップ(空壁)で構成されていて、区画壁25cが上述の高屈折材料により構成されていても良い。
Moreover, the
この第1実施形態の変形例24に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例23に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例26>
本変形例では、第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1が有する中央分離構造について、さらに詳細に説明する。第1実施形態の変形例26に係る光検出装置1では、図31に示すように、光検出装置1は、中央分離構造として、平面視でY方向に沿って、区画構造22と、区画壁25cと、区画構造22と、をその順で有する。すなわち、図31に示すように、区画壁25cは、平面視でY方向に沿った中央部のみに設けられている。なお、区画壁21,25cを構成する区画材料は、第1実施形態の変形例25で説明した通りである。なお、変形例25に係る図30は、本変形例に係る図31のA-A切断線に沿って断面視した図に相当する。
<
In this modification, the central separation structure of the light-detecting
この第1実施形態の変形例26に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例27>
本変形例では、第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1が有する中央分離構造について、さらに詳細に説明する。第1実施形態の変形例27に係る光検出装置1では、図32に示すように、光検出装置1は、中央分離構造として、平面視でY方向に沿って、区画壁25cと区画構造22とを有する。区画壁25cは、平面視でY方向に沿った一方の端部が区画壁21に接続されている。なお、区画壁21,25cを構成する区画材料は、第1実施形態の変形例25で説明した通りである。なお、変形例25に係る図30は、本変形例に係る図32のA-A切断線に沿って断面視した図に相当する。
<Modification 27>
In this modification, the central separation structure of the light-detecting
この第1実施形態の変形例27に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例28>
第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1では、図30に示すように、区画壁21,25cは、Z方向に沿って、第1の面S1から第2の面S2まで延在していたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例28に係る光検出装置1では、図33Aに示すように、区画壁21,25cは第1の面S1まで達していない。区画壁21の第1の面S1側の端部と、第1の面S1との間には、区画構造26が設けられている。区画壁25cの第1の面S1側の端部と、第1の面S1との間には、区画構造22が設けられている。なお、1つのセル領域20aを第2の面S2側から観察すると、区画壁25cは、図33Bに示すように、Y方向に沿って延在して区画壁21の互いに対向する部分に接続されている。また、1つのセル領域20aを第2の面S2側から観察した図は、図31及び図32のいずれかと同じであっても良い。また、区画壁21,25cを構成する区画材料は、第1実施形態の変形例25で説明した通りである。なお、図33Aは、図33B、図31、及び図32のA-A切断線に沿って断面視した図に相当する。
<Modification 28>
In the
この第1実施形態の変形例28に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例29>
第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1では、図30に示すように、区画壁21,25cは、Z方向に沿って、第1の面S1から第2の面S2まで延在していたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例29に係る光検出装置1では、図34に示すように、区画壁21と区画壁25cとのうち、区画壁21は第1の面S1から第2の面S2まで延在しているが、区画壁25cは第1の面S1まで達していない。区画壁25cの第1の面S1側の端部と、第1の面S1との間には、区画構造22が設けられている。なお、1つのセル領域20aを第2の面S2側から観察した図は、図33B、図31、及び図32のいずれかと同じである。また、区画壁21,25cを構成する区画材料は、第1実施形態の変形例25で説明した通りである。なお、図34は、図33B、図31、及び図32のA-A切断線に沿って断面視した図に相当する。
<Modification 29>
In the
この第1実施形態の変形例29に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例25に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例30>
第1実施形態の変形例30に係る光検出装置1では、区画壁21の区画材料として、導電材料を用いても良い。また、区画壁25a,25b,25cの区画材料として、導電材料を用いても良い。より具体的には、区画材料として、金属材料、半導体材料、及び透明導電体等を用いても良い。トレンチ構造の区画材料として導電性材料を用いる場合、半導体層20との間に絶縁膜を設けて絶縁する。金属材料として、例えば、窒化チタン(TiN)を用いることができる。半導体材料として、例えば、ポリシリコンを用いることができる。また、透明導電体として、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム(InO)等を挙げることができる。
<
In the
この第1実施形態の変形例30に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例30に係る光検出装置1では、区画壁21に対してバイアス電圧を印加することにより、ピニングを強化することができる。
In addition, in the
<変形例31>
第1実施形態の変形例31に係る光検出装置1は、図35に示すように、カラーフィルタ層40のオンチップレンズ層50側の面に積層された保護膜m6を有していても良い。保護膜m6は、例えば、カラーフィルタ層40の区画壁42を形成する際に、製造方法上必要となる場合がある。また、保護膜m6は、カラーフィルタ層40に水分等が侵入するのを抑制するために設けられて、信頼性を向上させることができる。保護膜m6を構成する材料として、例えば、酸窒化シリコン(SiON)、酸化シリコン(SiO2)、及び酸化アルミニウム(Al2O3)等を挙げることができる。
<
35, the
この第1実施形態の変形例31に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
<変形例32>
第1実施形態の変形例32に係る光検出装置1では、図36に示すように、区画壁42のZ方向に沿った寸法は、カラーフィルタ41のZ方向に沿った寸法より小さい。より具体的には、区画壁42のオンチップレンズ層50側の面は、カラーフィルタ41のオンチップレンズ層50側の面より半導体層20側に窪んだ位置にある。そして、区画壁42のオンチップレンズ層50側の面が窪むことによりカラーフィルタ41同士の間に形成された領域43内には、マイクロレンズ51を構成する材料と同じ材料が埋め込まれている。
<
36 , in the
この第1実施形態の変形例32に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例32に係る光検出装置1では、製造法上の制約を低くすることができる。
In addition, the
<変形例33>
第1実施形態の変形例33に係る光検出装置1では、図37に示すように、区画壁42を屈折光学素子層30内まで延在させている。より具体的には、区画壁42は屈折光学素子層30を貫通している。また、上述の変形例32と同様に、区画壁42のオンチップレンズ層50側の面は、カラーフィルタ41のオンチップレンズ層50側の面より半導体層20側に窪んだ位置にある。そして、区画壁42のオンチップレンズ層50側の面が窪むことによりカラーフィルタ41同士の間に形成された領域43内には、マイクロレンズ51を構成する材料と同じ材料が埋め込まれている。
<
37, in the
この第1実施形態の変形例33に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例33に係る光検出装置1では、屈折率が低い材料からなる区画壁42を屈折光学素子層30内まで延在させているので、Z方向に沿って半導体層20により近い位置においても光を集光することができ、導波効果を高めることができる。
In addition, in the
<変形例34>
第1実施形態の変形例34に係る光検出装置1では、図38A及び図38Bに示すように、半導体層20側におけるカラーフィルタ41同士の間の隙間、すなわち区画壁42と絶縁膜m1との間に遮光部60を設けている。図38Bは、図38Aの部分拡大図である。遮光部60は、図38Bに示すように、複数層の遮光材料を含んでいても良い。図38Bに示す例では、遮光部60は、窒化チタン(TiN)からなる第1層61と、チタン(Ti)からなる第2層62と、タングステン(W)からなる第3層63との三層構造を有する。
<
In the
この第1実施形態の変形例34に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例34に係る光検出装置1では、遮光部60を設けているので、カラーフィルタ41同士の間で光が隣のカラーフィルタに入射するのを抑制できる。例えば、緑色用のカラーフィルタ41から赤色用のカラーフィルタ41に光が入射するのを抑制できる。
In addition, in the
<変形例35>
第1実施形態の変形例35に係る光検出装置1では、図39に示すように、遮光部60を半導体層20内に埋めている。より具体的には、遮光部60少なくとも一部を、画素3同士の間(分離領域20b)において半導体層20内に埋めている。なお、遮光部60の構成については、上述の変形例34において説明した通りである。
<Modification 35>
39 , in the
この第1実施形態の変形例35に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例35に係る光検出装置1では、遮光部60を半導体層20内に埋めているので、たとえ第2部分33のように屈折率が高い部材を設けた場合であっても、迷光を遮ることができる。
In addition, in the
<変形例36>
第1実施形態の変形例36に係る光検出装置1は、上述の第1実施形態の変形例33と変形例35との組み合わせである。第1実施形態の変形例36に係る光検出装置1は、図40に示すように、区画壁42を屈折光学素子層30内まで延在させている。より具体的には、区画壁42は屈折光学素子層30を貫通している。また、区画壁42のオンチップレンズ層50側の面は、カラーフィルタ41のオンチップレンズ層50側の面より半導体層20側に窪んだ位置にある。そして、区画壁42のオンチップレンズ層50側の面が窪むことによりカラーフィルタ41同士の間に形成された領域43内には、マイクロレンズ51を構成する材料と同じ材料が埋め込まれている。そして、遮光部60少なくとも一部を、画素3同士の間(分離領域20b)において半導体層20内に埋めている。なお、遮光部60の構成については、上述の変形例34において説明した通りである。
<Modification 36>
The
この第1実施形態の変形例36に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、上述の第1実施形態の変形例33に係る光検出装置1、及び上述の第1実施形態の変形例35に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
<変形例37>
第1実施形態の変形例37に係る光検出装置1では、図41に示すように、遮光部60は、水平方向沿って、屈折光学素子31と並んで設けられている。より具体的には、遮光部60は、屈折光学素子31同士の間に設けられている。
<Modification 37>
41 , in the
この第1実施形態の変形例37に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例37に係る光検出装置1では、迷光を遮り、混色を抑制することができる。
In addition, the
<変形例38>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すオンチップレンズ層50は、屈折率nが、例えば、1.5以上、1.6以下(1.5≦n≦1.6)程度の材料製であったが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例38に係る光検出装置1では、図4Aに示すオンチップレンズ層50は、それより屈折率が高い材料製である。本変形例のオンチップレンズ層50は、屈折率nが、例えば、1.7以上、2.0以下(1.7≦n≦2.0)程度の材料製であっても良い。屈折率が高い材料としては、例えば、窒化シリコン(Si3N4)、高屈折率樹脂材等を挙げることができる。
<Modification 38>
In the
この第1実施形態の変形例38に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例38に係る光検出装置1では、オンチップレンズ層50の屈折率が高くなるので、マイクロレンズ51の集光能力を高めることができ、集光スポットが大きくなるのを抑制できる。
In addition, in the
<変形例39>
第1実施形態の変形例39に係る光検出装置1では、図42に示すように、オンチップレンズ層50の代わりにメタサーフェス光学素子70を有している。メタサーフェス光学素子70は、平面視で幅方向に互いに間隔を空けて配列された構造体71を複数有している。構造体71は、カラーフィルタ41の色毎にその厚みや配列のピッチが設計されている。構造体71を構成する材料として、例えば、窒化シリコン(Si3N4)、酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)等を挙げることができる。
<Modification 39>
42, the
この第1実施形態の変形例39に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例39に係る光検出装置1では、レンズの代わりにメタサーフェス光学素子70を設けて、より広い範囲から光を集めることができる。
In addition, in the
<変形例40>
第1実施形態の変形例40に係る光検出装置1では、図43に示すように、赤色光用のフィルタRと、緑色光用のフィルタGと、青色光用のフィルタBとがベイヤー配列されている。この第1実施形態の変形例40に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<
In the
<変形例41>
第1実施形態の変形例41に係る光検出装置1では、図44に示すように、フィルタR,G,Bのそれぞれについて、同色のフィルタが3行3列の画素3のそれぞれに対して並べて配置されている。この第1実施形態の変形例41に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<
44, in the
<変形例42>
第1実施形態の変形例42に係る光検出装置1では、図45に示すように、フィルタR,G,Bのそれぞれについて、同色のフィルタが4行4列の画素3のそれぞれに対して並べて配置されている。この第1実施形態の変形例42に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<
45, in the
<変形例43>
第1実施形態の変形例43に係る光検出装置1では、図46に示すように、カラーフィルタ41には、赤色光用のフィルタRと、緑色光用のフィルタGと、青色光用のフィルタBとに加えて、白光用のフィルタWがある。なお、図46においては、マイクロレンズ51の図示を省略している。この第1実施形態の変形例43に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<
In the
<変形例44>
第1実施形態の変形例44に係る光検出装置1では、図47に示すように、カラーフィルタ41には、フィルタR,G,Bの代わりに、補色用のフィルタC,M,Yの3種類を有する。フィルタCはシアン用のフィルタであり、フィルタMはマゼンタ用のフィルタであり、フィルタYはイエロー用のフィルタである。なお、図47においては、マイクロレンズ51の図示を省略している。この第1実施形態の変形例44に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<Modification 44>
In the
<変形例45>
第1実施形態の変形例45に係る光検出装置1では、図48に示すように、カラーフィルタ41には、緑色光用のフィルタGと、補色用のフィルタC,M,Yとの4種類がある。なお、図48においては、マイクロレンズ51の図示を省略している。この第1実施形態の変形例45に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<Modification 45>
In the
<変形例46>
第1実施形態の変形例46に係る光検出装置1では、図49に示すように、カラーフィルタ41には、フィルタR,G,Bと、補色用のフィルタC,M,Yとの6種類がある。なお、図49においては、マイクロレンズ51の図示を省略している。この第1実施形態の変形例46に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<Modification 46>
In the
<変形例47>
第1実施形態の変形例47に係る光検出装置1では、図50に示すように、カラーフィルタ41には、フィルタR,G,Bと、補色用のフィルタC,M,Yとの6種類がある。また、それらのフィルタの配置は、変形例46の図49に示す配置と異なっている。なお、図50においては、マイクロレンズ51の図示を省略している。この第1実施形態の変形例47に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
<Modification 47>
In the
<変形例48>
第1実施形態に係る光検出装置1では、図4Aに示すように、1つの画素3(セル領域20a)を2つのサブセル領域に分割し、画素3毎に光電変換素子PD1,PD2と屈折光学素子31の第1部分32及び第2部分33とを設けていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例48に係る光検出装置1では、図51A及び図51Bに示すように、画素3を分割せず、光電変換素子PD1と光電変換素子PD2とを別々の画素3(セル領域20a)に構成し、第1部分32と第2部分33とを別々の画素3(セル領域20a)に対して設けている。
<Modification 48>
In the
図51Cは、本変形例に係る4行4列の画素3を示している。図51Cに示すように、マイクロレンズ51及びカラーフィルタ41は、2行2列の画素3毎に1つ設けられている。マイクロレンズ51に重なる2行2列の画素3には、同一のカラーフィルタ41を透過した光が入射する。本変形例では、赤色光用のフィルタRと、緑色光用のフィルタGと、青色光用のフィルタBとが図示のように配列されている。カラーフィルタ41は、2行2列の4つの画素3毎に、異なる色が配置されている。図51Bに示すように、マイクロレンズ51に重なる2行2列の画素3は、2つの画素3L(セル領域20aL)と、2つの画素3R(セル領域20aR)とを含む。平面視で、2つのセル領域20aLの一方(紙面右側のセル領域)には第1部分32が重なり、他方(紙面左側のセル領域)には第2部分33が重なっている。同様に、平面視で、2つのセル領域20aRの一方(紙面左側のセル領域)には第1部分32が重なり、他方(紙面右側のセル領域)には第2部分33が重なっている。そのため、本変形例の2つのセル領域20aLが一対となり、第1実施形態の1つのセル領域20aLと同様に機能する。そして、本変形例の2つのセル領域20aRが一対となり、第1実施形態の1つのセル領域20aRと同様に機能する。
Figure 51C shows the
この第1実施形態の変形例48に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
Even with the
また、本技術の第1実施形態の変形例48に係る光検出装置1では、1つの画素3(セル領域20a)を2つのサブセル領域に分割する必要が無いので、画素3がさらに微細化された場合であっても、位相差画素を構成できる。
In addition, in the
<変形例49>
第1実施形態の変形例48に係る光検出装置1では、図51Cに示すようにカラーフィルタ41が配列されていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例49に係る光検出装置1では、図52に示すように、同色のフィルタが2行2列に並べて配置されていても良い。
<Modification 49>
In the
この第1実施形態の変形例49に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び第1実施形態の変形例48に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
<変形例50>
第1実施形態に係る光検出装置1の変形例48では、図51Cに示すように、マイクロレンズ51及びカラーフィルタ41は、2行2列の画素3毎に1つ設けられていたが、本技術はこれには限定されない。第1実施形態の変形例50に係る光検出装置1では、図53に示すように、マイクロレンズ51及びカラーフィルタ41は、1行2列の画素3毎に1つ設けられている。マイクロレンズ51に重なる1行2列の画素3には、同一のカラーフィルタ41を透過した光が入射する。なお、図53では、カラーフィルタ41の配置を1つのみ例示し、それ以外のカラーフィルタ41の配置は図示を省略している。
<
In the modified example 48 of the
この第1実施形態の変形例50に係る光検出装置1であっても、上述の第1実施形態に係る光検出装置1、及び第1実施形態の変形例48に係る光検出装置1と同様の効果が得られる。
The
[第2実施形態]
<1.電子機器への応用例>
図54は、本開示に係る技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。
[Second embodiment]
<1. Application examples to electronic devices>
FIG. 54 is a block diagram showing an example configuration of an electronic device having a solid-state imaging device to which the technology of the present disclosure is applied.
電子機器1000は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの撮像機能を有する電子機器である。
The
電子機器1000は、光学系(光学レンズ)1011、撮像部1012、信号処理部1013、制御部1014、表示部1015、記録部1016、操作部1017、通信部1018、電源部1019、及び駆動部1020から構成される。また、電子機器1000において、信号処理部1013、制御部1014、表示部1015、記録部1016、操作部1017、通信部1018、及び電源部1019は、バス1021を介して相互に接続されている。
The
光学系1011は、ズームレンズやフォーカスレンズ等から構成され、被写体からの光1022を集光する。光学系1011により集光された光(被写体光)は、撮像部1012に入射される。
The
撮像部1012は、本開示に係る技術を適用したイメージセンサ(上述の光検出装置1)等の固体撮像装置を含んで構成される。撮像部1012としてのイメージセンサは、光学系1011を介して受光した光(被写体光)を電気信号に光電変換し、その結果得られる信号を、信号処理部1013に供給する。
The
なお、このイメージセンサの画素アレイ部には、所定の配列パターンで規則的に配列された位相差画素が設けられている。本技術に係る位相差画素は、位相差検出を行うための信号を生成し、且つ、被写体光に応じた撮像画像を生成するための信号を生成可能な画素である。 The pixel array of this image sensor is provided with phase difference pixels that are regularly arranged in a predetermined array pattern. The phase difference pixels according to the present technology are pixels that can generate signals for detecting phase differences and generate signals for generating captured images according to subject light.
信号処理部1013は、撮像部1012から供給される信号を処理する信号処理回路である。例えば、信号処理部1013は、DSP(Digital Signal Processor)回路などとして構成される。
The
信号処理部1013は、撮像部1012からの信号を処理して、静止画又は動画の画像データを生成し、表示部1015又は記録部1016に供給する。また、信号処理部1013は、撮像部1012(イメージセンサの位相差画素)からの信号に基づき、位相差を検出するためのデータ(位相差検出用データ)を生成し、制御部1014に供給する。
The
制御部1014は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やマイクロプロセッサなどとして構成される。制御部1014は、電子機器1000の各部の動作を制御する。
The
表示部1015は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等の表示装置として構成される。表示部1015は、信号処理部1013から供給される画像データを処理し、撮像部1012により撮像された静止画又は動画を表示する。
The
記録部1016は、例えば、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体として構成される。記録部1016は、信号処理部1013から供給される画像データを記録する。また、記録部1016は、制御部1014からの制御に従い、記録されている画像データを提供する。
The
操作部1017は、例えば、物理的なボタンのほか、表示部1015と組み合わせて、タッチパネルとして構成される。操作部1017は、ユーザによる操作に応じて、電子機器1000が有する各種の機能についての操作指令を出力する。制御部1014は、操作部1017から供給される操作指令に基づき、各部の動作を制御する。
The
通信部1018は、例えば、通信インターフェース回路などとして構成される。通信部1018は、所定の通信規格に従い、無線通信又は有線通信によって、外部の機器との間でデータのやりとりを行う。
The
電源部1019は、信号処理部1013、制御部1014、表示部1015、記録部1016、操作部1017、及び通信部1018の動作電源となる各種の電源を、これらの供給対象に対して適宜供給する。
The
また、制御部1014は、信号処理部1013から供給される位相差検出用データに基づき、2つの画像の位相差を検出する。そして、制御部1014は、位相差の検出結果に基づき、フォーカスを合わせる対象の物体(合焦対象物)に対し、フォーカスが合っているかどうかを判定する。制御部1014は、合焦対象物にフォーカスが合っていない場合には、フォーカスのずれ量(デフォーカス量)を算出し、駆動部1020に供給する。
The
駆動部1020は、例えば、モータやアクチュエータ等から構成され、ズームレンズやフォーカスレンズ等からなる光学系1011を駆動する。
The
駆動部1020は、制御部1014から供給されるデフォーカス量に基づき、光学系1011のフォーカスレンズの駆動量を算出し、その駆動量に応じてフォーカスレンズを移動させる。なお、合焦対象物に対し、フォーカスが合っている場合には、駆動部1020は、フォーカスレンズの現在位置を維持させる。電子機器1000は、以上のように構成される。
The
本技術は、以上説明したように、イメージセンサ等の撮像部1012に適用される。具体的には、第1実施形態及びその変形例に係る光検出装置1は、撮像部1012に適用することができる。イメージセンサ等の撮像部1012に本技術を適用することで、たとえ画素を微細化した場合であっても、位相差画素の分離比が低下するのを抑制でき、オートフォーカス性能が低下するのを抑制できる。
As described above, the present technology is applied to the
<2.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
2. Examples of applications to moving objects
The technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility device, an airplane, a drone, a ship, or a robot.
図55は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 Figure 55 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図55に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
The
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
The drive
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
The body
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
The outside-vehicle
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
The
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
The in-vehicle
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
The
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
The
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
The
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図55の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
The audio/
図56は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
Figure 56 shows an example of the installation position of the
図56では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
In FIG. 56,
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
The
なお、図56には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
In addition, FIG. 56 shows an example of the imaging ranges of the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
At least one of the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
For example, the
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
For example, the
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
At least one of the
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。具体的には、上述の光検出装置1は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、たとえ画素を微細化した場合であっても、位相差画素の分離比が低下するのを抑制でき、オートフォーカス性能が低下するのを抑制できる。そのため、より見やすい撮影画像を得ることができる。
The above describes an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied. The technology according to the present disclosure can be applied to the
[その他の実施形態]
上記のように、本技術は第1実施形態から第2実施形態までによって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本技術を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present technology has been described by the first and second embodiments, but the descriptions and drawings forming a part of this disclosure should not be understood as limiting the present technology. Various alternative embodiments, examples, and operating techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.
例えば、第1実施形態から第2実施形態までにおいて説明したそれぞれの技術的思想を互いに組み合わせることも可能である。例えば、上述の第1実施形態の変形例同士を組み合わせる等、それぞれの技術的思想に沿った種々の組み合わせが可能である。 For example, it is possible to combine the technical ideas described in the first to second embodiments. For example, various combinations according to the technical ideas of each embodiment are possible, such as combining the modified examples of the first embodiment described above.
また、本技術は、上述したイメージセンサとしての固体撮像装置の他、ToF(Time of Flight)センサともよばれる距離を測定する測距センサなども含む光検出装置全般に適用することができる。測距センサは、物体に向かって照射光を発光し、その照射光が物体の表面で反射され返ってくる反射光を検出し、照射光が発光されてから反射光が受光されるまでの飛行時間に基づいて物体までの距離を算出するセンサである。 This technology can be applied to all light detection devices, including not only the solid-state imaging devices as image sensors described above, but also distance measurement sensors that measure distance, also known as ToF (Time of Flight) sensors. Distance measurement sensors emit light toward an object, detect the light that is reflected back from the surface of the object, and calculate the distance to the object based on the flight time from when the light is emitted to when the reflected light is received.
また、光検出装置1は、二枚以上の半導体基板が重ね合わされて積層された積層型CIS(CMOS Image Sensor、CMOSイメージセンサ)であっても良い。その場合、ロジック回路13及び読出し回路15のうちの少なくとも一方が有する素子は、それら半導体基板のうちのセル領域20aが設けられた半導体基板とは異なる基板に設けられても良い。
The
また、例えば、上述の構成要素を構成するとして挙げられた材料は、添加物や不純物等を含んでいても良い。 In addition, for example, the materials listed as constituting the above-mentioned components may contain additives, impurities, etc.
このように、本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本技術の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。 As such, the present technology naturally includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present technology is determined only by the invention-specific matters described in the claims that are appropriate from the above explanation.
また、本明細書に記載された効果はあくまでも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良い。 Furthermore, the effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also exist.
なお、本技術は、以下のような構成としてもよい。
(1)
平面視で、第1方向に沿って互いに隣り合う第1光電変換素子及び第2光電変換素子が構成されたセル領域を複数含み、且つ一方の面が素子形成面であり他方の面が光入射面である半導体層と、
第1屈折率を有する第1部分及び前記第1屈折率より高い第2屈折率を有する第2部分を有し、且つ前記光入射面側において平面視で前記セル領域に重なる位置に設けられた屈折光学素子と、
を備え、
一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、
他の一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有する、
光検出装置。
(2)
前記第1屈折率と前記第2屈折率との差は、0.2以上、0.5以下である、(1)に記載の光検出装置。
(3)
前記屈折光学素子において、平面視で、前記第2部分が占める領域の大きさは、前記第1部分が占める領域の大きさと同じ若しくはそれより大きい、(1)又は(2)に記載の光検出装置。
(4)
前記屈折光学素子において、平面視で、前記第2部分は、前記セル領域の平面視における中央部に重なる領域が、前記第1部分より多い構成である、(1)から(3)のいずれかに記載の光検出装置。
(5)
前記第2部分は、平面視で、第1方向に直交する第2方向における中央部が端部より前記第1部分側に位置している、(4)に記載の光検出装置。
(6)
前記屈折光学素子の厚みは、30nm以上、200nm以下である、(1)から(5)のいずれかに記載の光検出装置。
(7)
前記第1部分と前記第2部分との間には、第3部分が設けられていて、
前記第3部分の屈折率である第3屈折率は、前記第1屈折率及び前記第2屈折率とは異なる(1)から(6)のいずれかに記載の光検出装置。
(8)
前記半導体層の前記光入射面側に設けられたカラーフィルタを有し、
前記屈折光学素子は、前記半導体層の前記光入射面と前記カラーフィルタとの間に設けられている、(1)から(7)のいずれかに記載の光検出装置。
(9)
前記第1光電変換素子及び前記第2光電変換素子が構成された前記セル領域は、画素領域に行列状に設けられていて、
前記屈折光学素子は、前記セル領域毎に設けられている、(1)から(8)のいずれかに記載の光検出装置。
(10)
前記屈折光学素子の厚み方向に沿った一方側及び他方側のうちの少なくとも一方には、反射防止膜が設けられている、(1)から(9)のいずれかに記載の光検出装置。
(11)
前記第1光電変換素子において生成された信号電荷と前記第2光電変換素子において生成された信号電荷との和が、画像データの1画素を形成するための画素信号を構成する、(1)から(10)のいずれかに記載の光検出装置。
(12)
光検出装置と、前記光検出装置に被写体からの像光を結像させる光学系と、を備え、
前記光検出装置は、
平面視で、第1方向に沿って互いに隣り合う第1光電変換素子及び第2光電変換素子が構成されたセル領域を複数含み、且つ一方の面が素子形成面であり他方の面が光入射面である半導体層と、
第1屈折率を有する第1部分及び前記第1屈折率より高い第2屈折率を有する第2部分を有し、且つ前記光入射面側において平面視で前記セル領域に重なる位置に設けられた屈折光学素子と、
を備え、
一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、
他の一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有する、
電子機器。
The present technology may be configured as follows.
(1)
a semiconductor layer including a plurality of cell regions in which a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element are formed adjacent to each other along a first direction in a plan view, and one surface of the semiconductor layer is an element formation surface and the other surface is a light incidence surface;
a refractive optical element having a first portion having a first refractive index and a second portion having a second refractive index higher than the first refractive index, the refractive optical element being provided at a position on the light incident surface side that overlaps with the cell region in a planar view;
Equipped with
one of the refractive optical elements has the first portion at a position close to the first photoelectric conversion element and the second portion at a position close to the second photoelectric conversion element along a first direction;
the other refractive optical element has the second portion at a position closer to the first photoelectric conversion element along the first direction, and has the first portion at a position closer to the second photoelectric conversion element along the first direction;
Light detection device.
(2)
The optical detection device according to (1), wherein a difference between the first refractive index and the second refractive index is 0.2 or more and 0.5 or less.
(3)
The optical detection device according to (1) or (2), wherein in the refractive optical element, the size of the area occupied by the second portion in a planar view is the same as or larger than the size of the area occupied by the first portion.
(4)
The optical detection device of any one of (1) to (3), wherein, in a planar view, the second portion of the refractive optical element has a larger area overlapping with the center of the cell region in a planar view than the first portion.
(5)
The optical detection device according to (4), wherein, in a plan view, the second portion has a central portion in a second direction perpendicular to the first direction that is located closer to the first portion than the end portion.
(6)
The optical detection device according to any one of (1) to (5), wherein the refractive optical element has a thickness of 30 nm or more and 200 nm or less.
(7)
a third portion is provided between the first portion and the second portion,
The optical detection device according to any one of (1) to (6), wherein a third refractive index, which is a refractive index of the third portion, is different from the first refractive index and the second refractive index.
(8)
a color filter provided on the light incident surface side of the semiconductor layer;
The photodetector according to any one of (1) to (7), wherein the refractive optical element is provided between the light incident surface of the semiconductor layer and the color filter.
(9)
the cell region in which the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are configured is provided in a matrix in a pixel region,
The optical detection device according to any one of (1) to (8), wherein the refractive optical element is provided for each of the cell regions.
(10)
The light detection device according to any one of (1) to (9), wherein an anti-reflection film is provided on at least one of one side and the other side in a thickness direction of the refractive optical element.
(11)
A photodetection device described in any one of (1) to (10), wherein the sum of the signal charge generated in the first photoelectric conversion element and the signal charge generated in the second photoelectric conversion element constitutes a pixel signal for forming one pixel of image data.
(12)
a light detection device and an optical system that forms an image of light from a subject on the light detection device;
The light detection device includes:
a semiconductor layer including a plurality of cell regions in which a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element are formed adjacent to each other along a first direction in a plan view, one surface of which is an element formation surface and the other surface of which is a light incidence surface;
a refractive optical element having a first portion having a first refractive index and a second portion having a second refractive index higher than the first refractive index, the refractive optical element being provided at a position on the light incident surface side that overlaps with the cell region in a planar view;
Equipped with
one of the refractive optical elements has the first portion at a position close to the first photoelectric conversion element and the second portion at a position close to the second photoelectric conversion element along a first direction;
Another of the refractive optical elements has the second portion at a position closer to the first photoelectric conversion element along the first direction, and has the first portion at a position closer to the second photoelectric conversion element along the first direction.
Electronic devices.
本技術の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本技術が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本技術の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 The scope of the present technology is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but includes all embodiments that achieve the same effect as the intended purpose of the present technology. Furthermore, the scope of the present technology is not limited to the combination of the features of the invention defined by the claims, but may be defined by any desired combination of specific features among all the respective features disclosed.
1 光検出装置
2A 画素領域
3,3L,3R,3LO,3UP 画素
20 半導体層
20a,20aL,20aR,20aLO,20aUP セル領域
30 屈折光学素子層
31,31L,31R,31LO,31UP 屈折光学素子
32 第1部分
33 第2部分
34 第3部分
41 カラーフィルタ
1000 電子機器
1011 光学系
m4,m5 反射防止膜
n1 第1屈折率
n2 第2屈折率
n3 第3屈折率
PD,PD1,PD2 光電変換素子
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
第1屈折率を有する第1部分及び前記第1屈折率より高い第2屈折率を有する第2部分を有し、且つ前記光入射面側において平面視で前記セル領域に重なる位置に設けられた屈折光学素子と、
を備え、
一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、
他の一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有する、
光検出装置。 a semiconductor layer including a plurality of cell regions in which a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element are formed adjacent to each other along a first direction in a plan view, and one surface of the semiconductor layer is an element formation surface and the other surface is a light incidence surface;
a refractive optical element having a first portion having a first refractive index and a second portion having a second refractive index higher than the first refractive index, the refractive optical element being provided at a position on the light incident surface side that overlaps with the cell region in a planar view;
Equipped with
one of the refractive optical elements has the first portion at a position close to the first photoelectric conversion element and the second portion at a position close to the second photoelectric conversion element along a first direction;
Another of the refractive optical elements has the second portion at a position closer to the first photoelectric conversion element along the first direction, and has the first portion at a position closer to the second photoelectric conversion element along the first direction.
Light detection device.
前記第3部分の屈折率である第3屈折率は、前記第1屈折率及び前記第2屈折率とは異なる、請求項1に記載の光検出装置。 a third portion is provided between the first portion and the second portion,
The optical detection device according to claim 1 , wherein a third refractive index of the third portion is different from the first refractive index and the second refractive index.
前記屈折光学素子は、前記半導体層の前記光入射面と前記カラーフィルタとの間に設けられている、請求項1に記載の光検出装置。 a color filter provided on the light incident surface side of the semiconductor layer;
The photodetector according to claim 1 , wherein the refractive optical element is provided between the light incident surface of the semiconductor layer and the color filter.
前記屈折光学素子は、前記セル領域毎に設けられている、請求項1に記載の光検出装置。 the cell region in which the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are configured is provided in a matrix in a pixel region,
The photodetector according to claim 1 , wherein the refractive optical element is provided for each of the cell regions.
前記光検出装置は、
平面視で、第1方向に沿って互いに隣り合う第1光電変換素子及び第2光電変換素子が構成されたセル領域を複数含み、且つ一方の面が素子形成面であり他方の面が光入射面である半導体層と、
第1屈折率を有する第1部分及び前記第1屈折率より高い第2屈折率を有する第2部分を有し、且つ前記光入射面側において平面視で前記セル領域に重なる位置に設けられた屈折光学素子と、
を備え、
一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、
他の一の前記屈折光学素子は、第1方向に沿って、前記第1光電変換素子寄りの位置に前記第2部分を有し、前記第2光電変換素子寄りの位置に前記第1部分を有する、
電子機器。
a light detection device and an optical system that forms an image of light from a subject on the light detection device;
The light detection device includes:
a semiconductor layer including a plurality of cell regions in which a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element are formed adjacent to each other along a first direction in a plan view, one surface of which is an element formation surface and the other surface of which is a light incidence surface;
a refractive optical element having a first portion having a first refractive index and a second portion having a second refractive index higher than the first refractive index, the refractive optical element being provided at a position on the light incident surface side that overlaps with the cell region in a planar view;
Equipped with
one of the refractive optical elements has the first portion at a position close to the first photoelectric conversion element and the second portion at a position close to the second photoelectric conversion element along a first direction;
the other refractive optical element has the second portion at a position closer to the first photoelectric conversion element along the first direction, and has the first portion at a position closer to the second photoelectric conversion element along the first direction;
Electronic devices.
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