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WO2016084629A1 - 固体撮像素子および電子機器 - Google Patents

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WO2016084629A1
WO2016084629A1 PCT/JP2015/081998 JP2015081998W WO2016084629A1 WO 2016084629 A1 WO2016084629 A1 WO 2016084629A1 JP 2015081998 W JP2015081998 W JP 2015081998W WO 2016084629 A1 WO2016084629 A1 WO 2016084629A1
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WO
WIPO (PCT)
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photoelectric conversion
conversion unit
pixel
solid
light
Prior art date
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Application number
PCT/JP2015/081998
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English (en)
French (fr)
Inventor
戸田　淳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Priority to US17/519,340 priority patent/US12096642B2/en
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    • H10F39/182—Colour image sensors
    • H10F39/1825—Multicolour image sensors having stacked structure, e.g. NPN, NPNPN or multiple quantum well [MQW] structures

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device and an electronic device, and more particularly, to a solid-state imaging device and an electronic device that can achieve high sensitivity and a high SN ratio without degrading resolution.
  • the three-layer vertical spectroscopy has a structure in which RGB photoelectric conversion units are stacked in the vertical direction.
  • the resolution is higher than that of the Bayer array having the same pixel size, and the Nyquist domain that can be resolved in the CZP (Circular Zone Plate) frequency characteristic is expanded.
  • Tr. Transistor
  • FD floating diffusion
  • plugs, etc. for reading signals from each photoelectric conversion unit are separately required in one pixel, making it difficult to miniaturize the pixel. The process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and can achieve a high sensitivity and a high SN ratio without degrading the resolution.
  • the solid-state imaging device converts light of the first wavelength, and each pixel is two-dimensionally horizontal and vertical in a state where it is tilted by approximately 45 degrees with respect to the square pixel array.
  • the light of the first wavelength is green light
  • the first photoelectric conversion unit is composed of an organic photoelectric conversion film.
  • a third photoelectric conversion unit in which light of a third wavelength is converted and each pixel is two-dimensionally arranged can be further provided below the first photoelectric conversion unit.
  • the light of the second wavelength or the light of the third wavelength is red light and blue light, respectively.
  • each pixel is two-dimensionally arranged in the horizontal direction and the vertical direction with the same inclination with respect to the square pixel arrangement.
  • the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are arranged in a state tilted at approximately 0 degrees with respect to the square pixel arrangement.
  • the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are made of Si semiconductor.
  • the second photoelectric conversion unit is made of a Si semiconductor.
  • a part of the second photoelectric conversion unit is red. It functions as a photoelectric conversion unit, and the other part of the second photoelectric conversion unit can function as a blue photoelectric conversion unit.
  • the pixels of the red photoelectric conversion unit and the blue photoelectric conversion unit are two-dimensionally arranged in the horizontal direction and the vertical direction with the same inclination with respect to the square pixel arrangement.
  • the pixels of the red photoelectric conversion unit and the blue photoelectric conversion unit are arranged in an inclined state of about 45 degrees with respect to the square pixel arrangement.
  • the pixels of the red photoelectric conversion unit and the blue photoelectric conversion unit are arranged in a state inclined at approximately 0 degrees with respect to the square pixel arrangement, so that the pixels on the other part of the second photoelectric conversion unit Have a pixel array without a color filter.
  • a lens may be further provided between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
  • a third photoelectric conversion unit in which light of a third wavelength is converted and each pixel is two-dimensionally arranged may be further provided on the first photoelectric conversion unit.
  • the light of the second wavelength or the light of the third wavelength is red light and blue light, respectively.
  • each pixel is two-dimensionally arranged in the horizontal direction and the vertical direction with the same inclination with respect to the square pixel arrangement.
  • the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are arranged in a state tilted at approximately 0 degrees with respect to the square pixel arrangement.
  • the second photoelectric conversion unit is composed of a Si semiconductor
  • the third photoelectric conversion unit is composed of an organic photoelectric conversion film.
  • the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are composed of organic photoelectric conversion films.
  • the electronic device converts light of the first wavelength, and each pixel is two-dimensionally horizontal and vertical in a state where it is tilted approximately 45 degrees with respect to the square pixel array.
  • a first photoelectric conversion unit arranged in a first and a second photoelectric conversion unit in which light of a second wavelength is converted below the first photoelectric conversion unit and each pixel is two-dimensionally arranged;
  • a solid-state imaging device a signal processing circuit that processes an output signal output from the solid-state imaging device, and an optical system that makes incident light incident on the solid-state imaging device.
  • each pixel is two-dimensionally arrayed in each of the horizontal direction and the vertical direction in a state where the pixel is inclined approximately 45 degrees with respect to the square pixel array
  • the second photoelectric conversion unit light of the second wavelength is converted below the first photoelectric conversion unit, and each pixel is two-dimensionally arranged.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration example of an example of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) solid-state imaging device applied to each embodiment of the present technology.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • a solid-state imaging device (element chip) 1 includes a pixel region (a pixel region in which pixels 2 including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate 11 (for example, a silicon substrate). A so-called imaging region) 3 and a peripheral circuit section.
  • the pixel 2 includes a photoelectric conversion element (for example, a photodiode) and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors).
  • the plurality of pixel transistors can be constituted by three transistors, for example, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplifying transistor, and can further be constituted by four transistors by adding a selection transistor. Since the equivalent circuit of each pixel 2 (unit pixel) is the same as a general one, detailed description thereof is omitted here.
  • the pixel 2 can have a pixel sharing structure.
  • the pixel sharing structure includes a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one shared floating diffusion, and one other pixel transistor that is shared.
  • the peripheral circuit section includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, and a control circuit 8.
  • the control circuit 8 receives data for instructing an input clock, an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device 1. Specifically, the control circuit 8 is based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock, and the clock signal or the reference signal for the operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, and the horizontal drive circuit 6 Generate a control signal. The control circuit 8 inputs these signals to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, and the horizontal drive circuit 6.
  • the vertical drive circuit 4 is composed of, for example, a shift register, selects a pixel drive wiring, supplies a pulse for driving the pixel 2 to the selected pixel drive wiring, and drives the pixels 2 in units of rows. Specifically, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 2 in the pixel region 3 sequentially in the vertical direction in units of rows, and generates the signal according to the amount of light received by the photoelectric conversion element of each pixel 2 through the vertical signal line 9. A pixel signal based on the signal charge is supplied to the column signal processing circuit 5.
  • the column signal processing circuit 5 is disposed, for example, for each column of the pixels 2 and performs signal processing such as noise removal on the signal output from the pixels 2 for one row for each pixel column. Specifically, the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) for removing fixed pattern noise specific to the pixel 2, signal amplification, A / D (Analog / Digital) conversion, and the like. .
  • a horizontal selection switch (not shown) is provided connected to the horizontal signal line 10.
  • the horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 10 to output.
  • the output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10 and outputs the signals.
  • the output circuit 7 may perform only buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like.
  • the input / output terminal 12 is provided for exchanging signals with the outside.
  • FIG. 2 is a diagram showing a comparison between the Bayer arrangement and the three-layer longitudinal spectral structure.
  • the pixel arrangement of the Bayer arrangement and CZP (Circular Zone Plate) frequency characteristics are shown on the left side, and the cross-sectional structure, pixel arrangement, and CZP frequency characteristics of the three-layer vertical spectral structure are shown on the right side. ing.
  • each of the RGB photoelectric conversion units is in the vertical direction. It is the structure laminated
  • the Bayer array is a pixel array that is horizontal and vertical to the display screen, and is generally called a square array (square pixel array).
  • the resolution is higher than that of the Bayer array. That is, in the case of a three-layer vertical spectral structure, all of the vertical and horizontal diagonals for Blue and Red are twice as high as the Bayer array, and for Green, the vertical and horizontal are the same resolution as the Bayer array. Is twice the resolution. Note that fs is the reciprocal of the pixel pitch of the Bayer array, and fs / 2 represents the Nyquist frequency.
  • Tr. Transistor 22 and FD (floating diffusion) 23 for reading signals from the photoelectric conversion units 21-1 to 21-3.
  • FD floating diffusion
  • the pixel when the pixel is miniaturized, the number of photons incident per unit time entering one pixel is reduced, so that the sensitivity is significantly lowered and the sensitivity is lowered.
  • each pixel of the first photoelectric conversion unit that absorbs the first wavelength in the upper layer is two-dimensionally inclined in each of a plurality of horizontal directions and vertical directions (that is, Bayer square array (The display screen is arranged at an angle of approximately 45 degrees with respect to the display screen. Then, each pixel of the photoelectric conversion unit having sensitivity to the light of the second or third wavelength is arranged below the first photoelectric conversion unit.
  • the Bayer array is referred to as a square array, and the structure including this array is referred to as an oblique array longitudinal direction spectral structure.
  • FIG. 3A to FIG. 3C are diagrams showing an overview of the present technology.
  • a photograph has many boundaries in the vertical and horizontal directions, and a camera with a higher resolution in the vertical and horizontal directions than in the oblique direction is desired.
  • Green since Green has a high resolution as a characteristic of the human eye, a high resolution of Green is desired for the camera. Therefore, the Green resolution will be described below.
  • FIG. 3A is a diagram showing the Bayer pixel array and its CZP frequency characteristics.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating the Green pixel array of the vertical direction spectroscopy and its CZP frequency characteristics.
  • C of FIG. 3 is a diagram illustrating a Green pixel array and its CZP frequency characteristics of the diagonal array longitudinal spectroscopy of the present technology.
  • the vertical and horizontal periods fs are short, but the period is long in the direction of 45 degrees, so that the Nyquist domain of the CZP frequency characteristics is ⁇ It is large in the horizontal direction and small in the diagonal direction.
  • the vertical / horizontal period is the same as that of Bayer, but the oblique 45 degree direction is further shorter, and the Nyquist domain of CZP frequency characteristics Spreads diagonally from the vertical and horizontal directions.
  • the pixel is ⁇ 2 times larger (2 times the area) than Bayer and longitudinal spectroscopy. It is made a diagonal arrangement rotated 45 degrees. In the diagonal arrangement, the horizontal and vertical directions are arranged at an angle of about 45 degrees compared to the Bayer square arrangement (that is, the display screen). At this time, the Nyquist domain in the diagonal direction becomes as small as Bayer while maintaining the size of the Nyquist domain in the vertical and horizontal directions. This means that the resolution is the same as that of Bayer, but the pixel size is large, so the sensitivity is high and the SN ratio is high. Since the sensitivity is proportional to the pixel area, the sensitivity is twice as high at this time. Further, since the pixel size is increased, the manufacturing process is facilitated, and mass productivity is improved.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a first embodiment of a pixel array (diagonal array) according to the present technology. In the example of FIG. 4, the Bayer arrangement is shown on the left side for comparison.
  • the Green pixels are ⁇ 2 times (2 times the area) the size of the Green pixels of the Bayer array shown on the left, and are diagonally arranged in the 45 degree direction. It is a diagonal arrangement. Further, in the pixel array of FIG. 4, the Red pixels and the Blue pixels are arranged in the square direction in the same manner as the Bayer array, and are arranged in the horizontal direction with twice the size (4 times the area).
  • R period X1 B of Blue pixels in the X direction of the diagonal arrangement of the present technology.
  • the pixel pitch period is equal compared to the Bayer array. Therefore, as shown in FIG. 5, in the CZP frequency characteristics, the diagonal arrangement of the present technology has the same Nyquist domain size for both R, G, and B, and as a result, the resolution is the same as that of the Bayer arrangement. It becomes.
  • the improvement in resolution due to pixel shifting is not considered, but the pixel positions are shifted because the centers of the upper and lower vertical pixels (Green pixels and Red / Blue pixels) are different.
  • the resolution can be improved by signal processing.
  • the pixel size of the diagonal array of the present technology is larger than that of the Bayer array, the pixel area for the Red pixel and the Blue pixel is 4 times, so the sensitivity is 4 times, and the pixel area for the Green pixel is Is doubled, so the sensitivity is doubled.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied, in which FIG. 7A is a top view and FIG. 7B is a bird's eye view.
  • the Green pixel includes, for example, an organic photoelectric conversion film 52 that converts green light into a signal, and has an organic photoelectric conversion film structure sandwiched between the upper transparent electrode 51-1 and the lower transparent electrode 51-2.
  • the upper transparent electrode 51-1 is a continuous film, and the lower transparent electrode 51-2 is divided for each pixel.
  • a Green signal is read from each of the divided electrodes.
  • the power plug 53 for reading out the Green signal to the Si substrate is, for example, as shown in A and B of FIG. It arrange
  • the through electrode 54 is connected to an FD (not shown), from which a Green signal is read out to the Si substrate side. In addition to the pixel boundary, for example, it may be the four corners of the pixel.
  • the Blue pixel is composed of, for example, a B-PD (photodiode) 55 that converts blue light into a signal
  • the Red pixel is composed of, for example, an R-PD 56 that converts red light into a signal, which are vertically stacked.
  • B-PD55 and R-PD56 are comprised by Si-PD.
  • the Blue signal from the B-PD 55 is read out to the Si substrate side via a VG (Vertical gate) 57.
  • the Red signal from the R-PD 56 is read out from the FD 58 formed adjacent to the gate 59 to the Si substrate side.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a second embodiment of a pixel array (diagonal array) according to the present technology. In the example of FIG. 8, the Bayer array is shown on the left side for comparison.
  • the Green pixels are ⁇ 2 times (2 times the area) the size of the Green pixels of the Bayer array shown on the left, and are diagonally arranged in the 45 degree direction.
  • the point of the diagonal arrangement is common to the pixel arrangement of FIG.
  • the Red pixel and the Blue pixel are square array like the Bayer array, and are arranged in the horizontal direction, which is the same as the pixel array of FIG.
  • the Red pixels and the Blue pixels are arranged in a checkered pattern.
  • the Red pixel and the Blue pixel are different from the pixel arrangement of FIG. 4 in that the size is 1 time (1 time area).
  • the period X1 R of the red pixels in the X direction of the diagonal arrangement of the present technology is equal to the period X0 R ⁇ 1/2 of the red pixels in the X direction of the Bayer arrangement.
  • the period X1 B of the blue pixel in the X direction is equal to the period X0 B ⁇ 1/2 of the blue pixel in the X direction of the Bayer array.
  • the pixel pitch cycle is shortened to 1/2 for the Red pixel and the Blue pixel. Therefore, as shown in FIG. 9, in the CZP frequency characteristics, in the diagonal arrangement of this technology, the Nyquist domain for both R and B is twice as large in the vertical and horizontal directions, and the resolution is higher than that of the Bayer arrangement. Improved resolution.
  • improvement in resolution due to pixel shifting is not considered, but the pixel positions are shifted because the centers of the upper and lower vertical pixels (Green pixels and Red / Blue pixels) are different.
  • the resolution can be improved by signal processing.
  • the pixel area of the Green pixel is doubled, so the sensitivity is doubled.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the 10 includes an upper transparent electrode 51-1, a lower transparent electrode 51-2, an organic photoelectric conversion film 52, a power plug 53, a through electrode 54, a B-PD 55, an R-PD 56, an FD 58, and a gate 59. Is common to the example of FIG. In the example of FIG. 6, the B-PD 55 and the R-PD 56 are stacked in one pixel. However, in the example of FIG. 10, the B-PD 55 and the R-PD 56 are arranged in adjacent pixels. ing.
  • the VG 57 is removed because the B-PD 55 and the R-PD 56 are not laminated, and an R-OCCF (On Chip Color Fillter) 71 and a B-OCCF 72 are added. This is different from the example of FIG.
  • the R-OCCF 71 is a red color filter.
  • the R-OCCF 71 is disposed between the lower transparent electrode 51-2 and the R-PD 56, and the pixel of the R-PD 56 is a red pixel.
  • the B-OCCF 72 is a blue color filter.
  • the B-OCCF 72 is disposed between the lower transparent electrode 51-2 and the B-PD 55, and the pixel of the B-PD 55 is a Blue pixel.
  • the color filters are Blue and Red
  • the Green pixel formed of the organic photoelectric conversion film 52 has spectral transmission characteristics that absorb green light, this is the role of the magenta filter.
  • the Blue filter may be replaced with a cyan filter.
  • the Red filter may be replaced with a yellow filter. Moreover, you may make it replace both simultaneously.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a third embodiment of the pixel array (diagonal array) of the present technology. In the example of FIG. 11, the Bayer arrangement is shown on the left side for comparison.
  • the Green pixels are ⁇ 2 times (2 times the area) the size of the Green pixels of the Bayer array shown on the left, and are arranged obliquely in the 45 degree direction.
  • the point of the diagonal arrangement is common to the pixel arrangement of FIG.
  • the Mg (magenta) pixel is a square arrangement like the Bayer arrangement, and has a size of 1 (area 1 time) and is arranged in the horizontal direction. This is different from the pixel arrangement of FIG.
  • R period X1 B of Blue pixels in the X direction of the diagonal arrangement of the present technology.
  • the pixel pitch period is equal compared to the Bayer array. Therefore, as shown in FIG. 12, in the CZP frequency characteristics, the diagonal arrangement of the present technology has the same Nyquist domain size for both R, G, and B, and as a result, the resolution is the same as that of the Bayer arrangement. It becomes. Further, the Mg pixel has the same resolution as the Green pixel.
  • the improvement in resolution due to pixel shifting is not taken into consideration, but the center of the upper and lower pixels (Green pixel and Red, Blue / Mg pixel) in the vertical direction is different, so the position of the pixel There is an effect such that the resolution is shifted, and the resolution can be improved by signal processing.
  • the pixel area of the Green pixel is doubled, so the sensitivity is doubled. Furthermore, since the Mg pixel has a high transmittance of visible light, high sensitivity can be achieved by arithmetic processing using the signal of this pixel.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • FIG. 13 only two pixels are shown, so only the B-PD 55 and the B-OCCF 72 are omitted.
  • Blue pixels composed of OCCF72 and B-PD55 are also arranged.
  • the OCCF 71 and the B-OCCF 72 are provided is common to the example of FIG.
  • the 13 is different from the example in FIG. 10 in that Mg-PD81 is added.
  • the Mg-PD 81 constitutes an Mg pixel, and the Mg signal from the Mg-PD 81 is read out from the FD 58 formed adjacent to the gate 59 to the Si substrate side.
  • the Mg-PD 81 is not provided with an OCCF.
  • the color filters are Blue and Red
  • the Green pixel formed of the organic photoelectric conversion film 52 has spectral transmission characteristics that absorb green light, this is the role of the magenta filter.
  • the Blue filter may be replaced with a cyan filter.
  • the Red filter may be replaced with a yellow filter. Moreover, you may make it replace both simultaneously.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a fourth embodiment of a pixel array (diagonal array) according to the present technology.
  • the Bayer array is shown on the left side for comparison.
  • R period X1 B of Blue pixels in the X direction of the diagonal arrangement of the present technology.
  • the pixel pitch period is equal compared to the Bayer array. Therefore, as shown in FIG. 15, in the CZP frequency characteristics, the diagonal arrangement of the present technology has the same Nyquist domain size in R, G, and B, and as a result, the resolution is the same as the Bayer arrangement. It becomes.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the point having the OCCF 71 and the R-OCCF 72 is the same as that in the example of FIG.
  • the color filters are Blue and Red
  • the Green pixel formed of the organic photoelectric conversion film 52 has a spectral transmission characteristic that absorbs green light, this is the role of the magenta filter.
  • the Blue filter may be replaced with a cyan filter.
  • the Red filter may be replaced with a yellow filter. Moreover, you may make it replace both simultaneously.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the pixel array (diagonal array) of the present technology.
  • the Bayer array is shown on the left side for comparison.
  • the Green pixel is ⁇ 2 times (the area is twice) the size of the Green pixel of the Bayer array shown on the left, as in the pixel array degree of FIG. , An oblique arrangement arranged obliquely in the 45 degree direction. Further, in the pixel array of FIG. 17, the Red pixel and the Blue pixel are also ⁇ 2 times (double the area) the size of the pixel shown on the left, and are diagonally arranged in the 45 ° direction. Is an oblique array.
  • the period X1 R of the red pixels in the X direction of the diagonal arrangement of the present technology is the period X0 R ⁇ 1/2 of the red pixels in the X direction of the Bayer arrangement, and the diagonal arrangement of the present technology
  • the period X1 B of the blue pixel in the X direction is equal to the period X0 B ⁇ 1/2 of the blue pixel in the X direction of the Bayer array.
  • the pixel pitch cycle is shortened to 1/2 for the Red pixel and the Blue pixel. Therefore, as shown in FIG. 18, in the CZP frequency characteristics, in the diagonal arrangement of the present technology, the Nyquist domain for both R and B is twice as large in the vertical and horizontal directions, and the resolution is higher than that of the Bayer arrangement. Improved resolution. This means that the resolution is improved in the desired direction.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the upper transparent electrode 51-1, the lower transparent electrode 51-2, the organic photoelectric conversion film 52, the power plug 53, the through electrode 54, the B-PD55, the R-PD56, the VG57, the FD58, and the gate 59 are provided.
  • the provision is common to the case of the example of FIG. That is, although not shown in FIG. 19, the example of FIG. 19 is different from the example of FIG. 6 only in that the Red and Blue pixels are diagonally arranged.
  • This layered structure improves the resolution of Red and Blue, and doubles the sensitivity of Red, Green, and Blue pixels compared to the Bayer array.
  • the blue pixel or red pixel on the Si substrate side below it does not become the entire PD opening that can detect light because a through electrode or a transistor is arranged.
  • the sensitivity is significantly reduced. Therefore, in order to improve sensitivity, as shown in FIG. 20, a lens 91 is provided between the Green pixel (organic photoelectric conversion film 52) and Si-PD (for example, B-PD55).
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the 20 includes an upper transparent electrode 51-1, a lower transparent electrode 51-2, an organic photoelectric conversion film 52, a power plug 53, a through electrode 54, a B-PD 55, an R-PD 56, an FD 58, and a gate 59. Is common to the example of FIG.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the OCCF 71 and the B-OCCF 72 are provided is common to the example of FIG.
  • a lens 101 is added between the lower transparent electrode 51-2 and the R-OCCF 71, and a lens 102 is added between the lower transparent electrode 51-2 and the B-OCCF 72. Only the point is different from the example of FIG.
  • a lens 91 is provided between the Green pixel and the PD as in the structure shown in FIG. 20, or as in the structure shown in FIG.
  • the lens 101 or the lens 102 is provided on the OCCF.
  • the positional relationship between the lens and the OCCF may be arranged below the OCCF, but is preferably arranged above the OCCF in consideration of reducing color mixing.
  • the lens material is a material having a refractive index higher than that around the lens.
  • the lens shape may be a plate shape or a curved surface such as a spherical surface.
  • a sectional view and a top view of the lens are shown.
  • the shape of the lens may be spherical, disc, BOX, or digital as shown in FIG.
  • pupil correction may be performed so as to shift to the center of the imaging surface. Further, the incident angle of the chief ray increases as it goes to the end of the imaging surface, but may be shifted greatly according to this. As a result, shading characteristics such as a decrease in sensitivity toward the end of the imaging surface can be suppressed.
  • an asymmetric shape is produced by alternately arranging a material having a high refractive index and a material having a low refractive index. That is, the position of the center of gravity is shifted from the pixel center toward the center of the imaging surface.
  • the center of gravity may be greatly shifted toward the end so that a symmetrical structure is formed at the center of the imaging surface.
  • the ring pattern shown in FIG. 22 has a lens shape when oblique light is incident from the right.
  • the refractive index n1 of the high refractive index layer, the refractive index n2 of the low refractive index layer, and the refractive index distribution function are f (x, y).
  • the position of (x 1 , y 1 ) when the following equation (1) holds is defined as the center of gravity.
  • FIG. 23 shows a conceptual diagram of the position of the center of gravity in the one-dimensional case, but since it is actually two-dimensional, the x and y coordinates are satisfied, and at the same time, the position that satisfies the condition that the integration of x and y is 0 become.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the upper transparent electrode 51-1, the lower transparent electrode 51-2, the organic photoelectric conversion film 52, the power plug 53, the through electrode 54, the R-PD 56, the FD 58, and the gate 59 are provided. This is the same as the example.
  • the example of FIG. 24 is different in that the blue pixel is not an Si-PD, but an organic photoelectric conversion film 122 sandwiched between the upper transparent electrode 121-1 and the lower transparent electrode 121-2. 24, the upper transparent electrode 121-1, the lower transparent electrode 121-2, and the organic photoelectric conversion film 122 are added instead of the B-PD 55, the power plug 123, the hole 124, and the through electrode.
  • the difference from the example of FIG. 10 is that 125 is provided.
  • the Blue pixel is composed of an organic photoelectric conversion film 122 that converts blue light into a signal, and has an organic photoelectric conversion film structure sandwiched between the upper transparent electrode 121-1 and the lower transparent electrode 121-2.
  • the upper transparent electrode 121-1 is a continuous film, and the lower transparent electrode 121-2 is divided for each pixel. Blue signals are read out from the divided electrodes.
  • the hole 124 has a green pixel (that is, an upper transparent electrode 51-1 and a lower transparent electrode 51-2, in order to reach a power plug 123 for reading a blue signal to the Si substrate (lower side in the figure) on the Si substrate. It is provided in a part of the organic photoelectric conversion film 52).
  • the through electrode 125 is formed on the Si substrate in the same manner as the through electrode 54 and is connected to an FD (not shown), from which a Blue signal is read.
  • the pixel arrangement in this case is an oblique arrangement of the Red pixels, the green pixels, and the Blue pixels, as in the case of the fifth embodiment (FIG. 17). Therefore, as shown in FIG. 26, the CZP frequency characteristic in this case is the same as that of the fifth embodiment (FIG. 18).
  • the Nyquist domain of R and B in the diagonal arrangement of the present technology is twice as large in the vertical and horizontal directions, and the resolution is higher than that of the Bayer arrangement. Improved resolution. This means that the resolution is improved in the desired direction.
  • the Green pixels may be arranged diagonally, and the Red pixels and Blue pixels may be arranged squarely.
  • the CZP frequency characteristic is the same as in the example of the first embodiment (FIG. 5).
  • only Blue pixels may be arranged in an oblique arrangement. In that case, blue and green are interchanged in the CZP frequency characteristic of the first embodiment.
  • the organic photoelectric conversion film 122 of the Blue pixel is disposed on the organic photoelectric conversion film 52 of the Green pixel.
  • the upper and lower orders may be either upper or lower, the film order is changed. Also good.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a cross-sectional view of a device structure to which the present technology is applied.
  • the point provided with the photoelectric conversion film 122, the power plug 123, the hole 124, and the through electrode 125 is the same as in the example of FIG.
  • the difference is that the Red pixel is composed of an organic photoelectric conversion film 142 sandwiched between the upper transparent electrode 141-1 and the lower transparent electrode 141-2, not Si-PD. That is, in the example of FIG. 27, instead of the R-PD 56, the FD 58, and the gate 59, an upper transparent electrode 141-1, a lower transparent electrode 141-2, and an organic photoelectric conversion film 142 are added, a power plug 143, 24 is different from the example of FIG. 24 in that a hole 144, a hole 145, and a through electrode 146 are provided.
  • the Red pixel is composed of an organic photoelectric conversion film 142 that converts red light into a signal, and has an organic photoelectric conversion film structure sandwiched between the upper transparent electrode 141-1 and the lower transparent electrode 141-2.
  • the upper transparent electrode 141-1 is a continuous film, and the lower transparent electrode 141-2 is divided for each pixel. A Red signal is read from each of the divided electrodes. At this time, a power plug 143 for reading the Red signal to the Si substrate (lower side in the figure) is provided.
  • the hole 144 has a red pixel (that is, the upper transparent electrode 141-1 and the lower transparent electrode 141-2, in order to reach the power plug 53 for reading the Green signal to the Si substrate (lower side in the figure) on the Si substrate. It is provided in a part of the organic photoelectric conversion film 142).
  • the hole 145 has a red pixel (that is, the upper transparent electrode 141-1 and the lower transparent electrode 141) in order to reach the power plug 123 for reading the Blue signal to the Si substrate (lower side in the figure) on the Si substrate. -2, provided in part of the organic photoelectric conversion film 142).
  • the through electrode 145 is formed on the Si substrate in the same manner as the through electrode 54 and is connected to an FD (not shown), from which a Red signal is read.
  • the pixel arrangement in this case is an oblique arrangement of the Red pixels, the green pixels, and the Blue pixels, as in the case of the fifth embodiment (FIG. 17). Therefore, as shown in FIG. 29, the CZP frequency characteristic in this case is the same as that of the fifth embodiment (FIG. 18).
  • the Nyquist domain of R and B in the diagonal arrangement of the present technology is twice as large in the vertical and horizontal directions, and the resolution is higher than that of the Bayer arrangement. Improved resolution. This means that the resolution is improved in the desired direction.
  • the Green pixels may be arranged diagonally, and the Red pixels and Blue pixels may be arranged squarely.
  • the CZP frequency characteristic is the same as in the example of the first embodiment (FIG. 5).
  • Blue pixels may be arranged in an oblique arrangement. In that case, blue and green are interchanged in the CZP frequency characteristic of the first embodiment.
  • Red pixels may be arranged diagonally. In that case, red and green are interchanged in the CZP frequency characteristics of the first embodiment.
  • FIG. 5 the Green pixels may be arranged diagonally, and the Red pixels and Blue pixels may be arranged squarely.
  • the CZP frequency characteristic is the same as in the example of the first embodiment (FIG. 5).
  • Blue pixels may be arranged in an oblique arrangement. In that case, blue and green are interchanged in the CZP frequency characteristic of the first embodiment.
  • Red pixels may be arranged diagonally. In that case, red and green are interchanged in the CZP frequency characteristics of the first embodiment.
  • an organic photoelectric conversion film 122 of a blue pixel is arranged on the organic photoelectric conversion film 52 of a green pixel, and an organic photoelectric conversion of a red pixel is placed under the organic photoelectric conversion film 52 of a green pixel.
  • 124 is installed, but the order of the top and bottom may be either top or bottom, so the film order may be changed.
  • the resolution is comparable or higher than that of the Bayer array, and the sensitivity is high and the SN ratio is high.
  • the resolution can be improved by shifting pixels.
  • the pixel size can be increased while the resolution is the same or higher than that of the Bayer array, so that the process is simple and easy to produce, mass-productive, and cost-effective. There is.
  • the present technology may be applied to a solid-state image sensor such as a CCD (Charge-Coupled Device) solid-state image sensor.
  • CCD Charge-Coupled Device
  • Green pixel an example of the Green pixel is described as the first photoelectric conversion unit.
  • a Red pixel or a Blue pixel may be used as the first photoelectric conversion unit.
  • the imaging apparatus refers to a camera system such as a digital still camera or a digital video camera, or an electronic apparatus having an imaging function such as a mobile phone.
  • a module mounted on an electronic device that is, a camera module is used as an imaging device.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a usage example in which the above-described solid-state imaging device is used.
  • the solid-state imaging device (image sensor) described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • FIG. 31 is a block diagram illustrating a configuration example of a camera device as an electronic apparatus to which the present technology is applied.
  • the 31 includes an optical unit 601 including a lens group, a solid-state imaging device (imaging device) 602 in which each structure of the present technology is adopted, and a DSP circuit 603 that is a camera signal processing circuit.
  • the camera device 600 also includes a frame memory 604, a display unit 605, a recording unit 606, an operation unit 607, and a power supply unit 608.
  • the DSP circuit 603, the frame memory 604, the display unit 605, the recording unit 606, the operation unit 607, and the power supply unit 608 are connected to each other via a bus line 609.
  • the optical unit 601 takes in incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device 602.
  • the solid-state imaging device 602 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the optical unit 601 into an electrical signal for each pixel and outputs the electrical signal as a pixel signal.
  • the solid-state imaging device 602 the solid-state imaging device according to the above-described embodiment can be used. Therefore, high sensitivity and a high SN ratio can be achieved without degrading the resolution.
  • the display unit 605 includes a panel type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays a moving image or a still image captured by the solid-state imaging device 602.
  • the recording unit 606 records a moving image or a still image captured by the solid-state imaging device 602 on a recording medium such as a video tape or a DVD (Digital Versatile Disk).
  • the operation unit 607 issues operation commands for various functions of the camera device 600 under the operation of the user.
  • the power supply unit 608 appropriately supplies various power sources serving as operation power sources for the DSP circuit 603, the frame memory 604, the display unit 605, the recording unit 606, and the operation unit 607 to these supply targets.
  • the configuration described as one device (or processing unit) may be divided and configured as a plurality of devices (or processing units).
  • the configurations described above as a plurality of devices (or processing units) may be combined into a single device (or processing unit).
  • a configuration other than that described above may be added to the configuration of each device (or each processing unit).
  • a part of the configuration of a certain device (or processing unit) may be included in the configuration of another device (or other processing unit). . That is, the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.
  • this technique can also take the following structures.
  • First light in which light having a first wavelength is converted and each pixel is two-dimensionally arranged in the horizontal direction and the vertical direction in a state where the light is inclined by approximately 45 degrees with respect to the square pixel arrangement.
  • a solid-state imaging device comprising: a second photoelectric conversion unit that converts light of a second wavelength and has each pixel two-dimensionally arranged below the first photoelectric conversion unit.
  • the solid-state imaging device Functions as a red photoelectric conversion unit, and another part of the second photoelectric conversion unit functions as a blue photoelectric conversion unit.
  • the solid-state imaging device according to (1), (2), or (8).
  • Each pixel of the red photoelectric conversion unit and the blue photoelectric conversion unit is two-dimensionally arranged in the horizontal direction and the vertical direction with the same inclination with respect to the square pixel arrangement.
  • the solid-state imaging device according to 8) or (9).
  • (11) The pixels according to any one of (8) to (10), wherein each pixel of the red photoelectric conversion unit and the blue photoelectric conversion unit is arranged in a state inclined by approximately 45 degrees with respect to a square pixel arrangement. Image sensor.
  • the pixels of the red photoelectric conversion unit and the blue photoelectric conversion unit are arranged in an inclined state with respect to a square pixel arrangement at approximately 0 degrees, thereby further another part of the second photoelectric conversion unit.
  • each pixel is two-dimensionally at the same pitch in the horizontal direction and the vertical direction with the same inclination with respect to the square pixel array.
  • the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are arranged in a state where the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are tilted at approximately 0 degrees with respect to the square pixel arrangement, according to any one of (14) to (16).
  • the second photoelectric conversion unit is made of a Si semiconductor,
  • the third photoelectric conversion unit includes an organic photoelectric conversion film.
  • the solid-state imaging element according to any one of (14) to (17).
  • a photoelectric conversion unit comprising: a second photoelectric conversion unit that converts light of a second wavelength and has each pixel two-dimensionally arranged below the first photoelectric conversion unit; A signal processing circuit for processing an output signal output from the solid-state imaging device; And an optical system that makes incident light incident on the solid-state imaging device.
  • 1 solid-state imaging device 2 pixels, 51-1 upper transparent electrode, 51-2 lower transparent electrode, 52 organic photoelectric conversion film, 53 power plug, 54 through electrode, 55 B-PD, 56 R-PD, 57 VG, 58 FD, 59 gate, 71 R-OCCF, 72 B-OCCF, 81 Mg-PD, 91 lens, 101 lens, 102 lens, 121-1 upper transparent electrode, 121-2 lower transparent electrode, 122 organic photoelectric conversion film, 123 Power plug, 124 holes, 125 through electrodes, 141-1 upper transparent electrode, 141-2 lower transparent electrode, 142 organic photoelectric conversion film, 143 power plug, 144 holes, 145 holes, 146 through electrodes, 600 camera device, 602 solid Image sensor

Landscapes

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Abstract

　本開示は、解像度を劣化させることなく、高感度で高SN比とすることができる固体撮像素子および電子機器に関する。 上層に第１の波長を吸収する光電変換部の各画素が２次元的に、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で複数の水平方向および垂直方向のそれぞれに斜め配列される。そして、その下部に第２または第３の波長の光に感度を持った光電変換部の各画素が配列される。すなわち、画素が√２倍の大きさ（面積2倍）にされて４５度回転させた斜め配列にされるので、縦・横方向のナイキストドメインの大きさを保ったまま、斜め方向のナイキストドメインが、Bayerと同等まで小さくなる。本開示は、例えば、撮像装置に用いられる固体撮像素子に適用することができる。

Description

固体撮像素子および電子機器
　本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、解像度を劣化させることなく、高感度で高SN比とすることができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。
　3層縦方向分光では、RGBの光電変換部が縦方向に積層された構造となっている。この場合、同じ画素サイズのBayer配列に比べて高解像度となり、CZP(Circular Zone Plate)周波数特性において解像できるナイキストドメインが広がる。
米国特許第５９６５８７５号
　しかしながら、各光電変換部からの信号読み出しのためのTr.(トランジスタ)やFD(フローティングディフュージョン）やプラグ等が１画素の中に別途多数必要になるため、画素の微細化が困難となるとともに、プロセスが複雑となり製造コストが高くなる。
　一方、画素微細化には１画素に入る単位時間当たりに入射する光子が減るために、感度低下が著しくなり低感度となる。
　本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、解像度を劣化させることなく、高感度で高SN比とすることができるものである。
　本技術の一側面の固体撮像素子は、第１の波長の光を変換し、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列された第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第２の光電変換部とを備える。
　前記第１の波長の光は緑色光であり、前記第１の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている。
　前記第１の光電変換部の下部に、第３の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第３の光電変換部をさらに備えることができる。
　前記第２の波長の光または第３の波長の光は、それぞれ赤色光と青色光である。
　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている。
　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されている。
　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、Si半導体で構成されている。
　前記第２の光電変換部は、Si半導体で構成されている。
　前記第１の光電変換部と第２の光電変換部との間に赤色光を透過するフィルタと青色光を透過するフィルタを配置することで、前記第２の光電変換部の一部は、赤色光電変換部として機能し、前記第２の光電変換部の他の一部は、青色光電変換部として機能することができる。
　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている。
　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で配列されている。
　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されることで、前記第２の光電変換部のさらに他の一部の画素上に色フィルタのない画素配列を有する。
　前記第１の光電変換部と第２の光電変換部との間にレンズをさらに備えることができる。
　前記第１の光電変換部の上部に、第３の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第３の光電変換部をさらに備えることができる。
　前記第２の波長の光または第３の波長の光は、それぞれ赤色光と青色光である。
　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている。
　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されている。
　前記第２の光電変換部は、Si半導体で構成されており、前記第３の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている。
　本技術の一側面の電子機器は、第１の波長の光を変換し、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列された第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第２の光電変換部とを備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系とを有する。
　本技術の一側面においては、第１の光電変換部として、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列され、第２の光電変換部として、前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列される。
　本技術によれば、解像度を劣化させることなく、高感度で高SN比とすることができる。
　なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。
本技術を適用した固体撮像素子の概略構成例を示すブロック図である。 Bayer配列と３層縦方向分光構造の比較を示す図である。 本技術の概要について説明する図である。 本技術の画素配列の第１の実施の形態の例を示す図である。 第１の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第１の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 第１の実施の形態のデバイス構造例を示す図である。 本技術の画素配列の第２の実施の形態の例を示す図である。 第２の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第２の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の画素配列の第３の実施の形態の例を示す図である。 第３の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第３の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の画素配列の第４の実施の形態の例を示す図である。 第４の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第４の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の画素配列の第５の実施の形態の例を示す図である。 第５の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第５の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の画素配列の第６の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の画素配列の第６の実施の形態のデバイス構造の他の例を示す断面図である。 レンズ形状の例を示す図である。 １次元の場合の重心の位置の概念図である。 本技術の画素配列の第７の実施の形態の例を示す図である。 第７の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第７の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の画素配列の第７の実施の形態の例を示す図である。 第７の実施の形態のCZP周波数特性の例を示す図である。 第７の実施の形態のデバイス構造例を示す断面図である。 本技術の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。 本技術の電子機器の構成例を示す図である。
　以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　０．概略
　１．第１の実施の形態
　２．第２の実施の形態
　３．第３の実施の形態
　４．第４の実施の形態
　５．第５の実施の形態
　６．第６の実施の形態
　７．第７の実施の形態
　８．第８の実施の形態
　９．第９の実施の形態
＜０．概略＞
[固体撮像素子の概略構成例]
　図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像素子の一例の概略構成例を示している。
　図１に示されるように、固体撮像素子（素子チップ）１は、半導体基板１１（例えばシリコン基板）に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。
　画素２は、光電変換素子（例えばフォトダイオード）と、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有してなる。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができ、さらに選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。各画素２（単位画素）の等価回路は一般的なものと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
　また、画素２は、画素共有構造とすることもできる。画素共有構造は、複数のフォトダイオード、複数の転送トランジスタ、共有される１つのフローティングディフュージョン、および、共有される１つずつの他の画素トランジスタから構成される。
　周辺回路部は、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、および制御回路８から構成される。
　制御回路８は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像素子１の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６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、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６に入力する。
　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、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。具体的には、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
　カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、カラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、A/D（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１０との間に接続されて設けられる。
　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、水平走査パルスを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の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
　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１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、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行う場合もある。
　入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。
[Bayer配列と３層縦方向分光構造の比較]
　図２は、Bayer配列と３層縦方向分光構造の比較を示す図である。図２の例においては、左側にBayer配列の画素配列、CZP(Circular Zone Plate)周波数特性が示されており、右側に３層縦方向分光構造の断面構造、画素配列、CZP周波数特性が示されている。
　画素配列に示されるように、Bayer配列の場合、RGBの各光電変換部が横に並べて配置されているが、３層縦方向分光構造の場合、RGBの各光電変換部(PD)が縦方向に積層された構造となっている。Bayer配列は、表示画面に対して水平かつ垂直な画素配列をしており、一般的に正方配列（正方画素配列）と呼ばれている。
　CZP周波数特性に示されるように、画素サイズが同じで３層縦方向分光構造の場合、Bayer配列に比べて解像度が高い。すなわち、３層縦方向分光構造の場合、BlueとRedに関しては、縦横斜めすべてがBayer配列に比して２倍高い解像度であり、Greenに関しては、縦横がBayer配列と同等の解像度であり、斜めが２倍高い解像度である。なお、fsはBayer配列の画素ピッチの逆数で、fs/2は、ナイキスト周波数を表す。
　しかしながら、３層縦方向分光構造の場合、断面構造に示されるように、各光電変換部２１－１乃至２１－３からの信号読み出しのためのTr.(トランジスタ)２２、FD（フローティングディフュージョン）２３、プラグ２４などが１画素の中に多数必要となる。したがって、３層縦方向分光構造の場合、画素の微細化が困難となるとともに、プロセスが複雑となり、製造コストが高くなる。
　一方で、画素を微細化すると、１画素に入る単位時間あたりに入射する光子が減るために感度低下が著しくなり、低感度となる。
　そこで、本技術においては、上層に第１の波長を吸収する第１の光電変換部の各画素が２次元的に複数の水平方向および垂直方向のそれぞれに斜め方向（すなわち、Bayerの正方配列（表示画面）に対して略４５度傾けた状態）で配列される。そして、第１の光電変換部の下部に第２または第３の波長の光に感度を持った光電変換部の各画素が配列される。なお、以下、Bayer配列を正方配列と称し、それに対して、この配列でなる構造を、斜め配列縦方向分光構造と称する。
[本技術の概要]
　図３のＡ乃至図３のＣは、本技術の概要を示す図である。一般的に、写真は縦横に境界線が多く、斜め方向よりも縦・横方向に高解像度のカメラが望まれる。特に、人間の眼の特性はGreenが高解像度であるため、カメラもGreenの高解像度が望まれることから、以下、Greenの解像度について説明していく。
　図３のＡは、Bayerの画素配列とそのCZP周波数特性を示す図である。図３のＢは、縦方向分光のGreenの画素配列とそのCZP周波数特性を示す図である。図３のＣは、本技術の斜め配列縦方向分光のGreenの画素配列とそのCZP周波数特性を示す図である。
　図３のＡに示されるように、Bayerの画素配列のGreenの場合、縦・横方向の周期fsが短いが、斜め45度方向に周期が長いために、CZP周波数特性のナイキストドメインとして、縦・横方向に大きく、斜め方向に小さくなっている。
　一方、図３のＢに示されるように、縦方向分光のGreenの場合、縦・横方向の周期がBayerと同じであるが、斜め45度方向がさらに短く、CZP周波数特性のナイキストドメインとして、縦・横方向より斜め方向に広がる。
　これに対して、図３のＣに示されるように、本技術の斜め配列縦方向分光においては、Bayerおよび縦方向分光と比して、画素が√２倍の大きさ（面積2倍）にされて45度回転させた斜め配列にされる。斜め配列においては、水平垂直方向が、Bayerの正方配列（すなわち、表示画面）と比して、略４５度傾けた状態で配列されている。このとき、縦・横方向のナイキストドメインの大きさを保ったまま、斜め方向のナイキストドメインは、Bayerと同等まで小さくなる。これは、Bayerと同じ解像度であるが、画素サイズが大きくなるため、高感度で高SN比になることを意味する。感度は、画素面積に比例するため、このとき2倍の高感度となる。また画素サイズが大きくなるために作製プロセスが容易となり、量産性が向上する。
　さらに、詳しくは後述するが、縦方向分光において、斜め画素と正方画素を組み合わせることで、上下の画素の中心位置が異なってずれるために、この画素のずれが信号処理でさらに解像度を向上させることができる。
　以下、本技術について詳細を説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
[本技術の画素配列の例]
　図４は、本技術の画素配列（斜め配列）の第１の実施の形態を示す図である。なお、図４の例においては、比較のために、左側にBayer配列が示されている。
　図４の画素配列は、Green画素が、左に示されているBayer配列のGreen画素の大きさの√２倍（面積２倍）の大きさで、かつ、45度方向に斜めに配置された斜め配列である。さらに、図４の画素配列においては、Red画素およびBlue画素はBayer配列と同じく正方配列で、かつ、大きさが２倍（面積４倍）で横方向に配列されている。
　したがって、図４に示されるように、Bayer配列のX方向のRed画素の周期X0R＝Bayer配列のX方向のBlue画素の周期X0Ｂ＝本技術の斜め配列のX方向のRed画素の周期X1R＝本技術の斜め配列のX方向のBlue画素の周期X1Ｂである。Bayer配列のY方向のRed画素の周期Y0R＝Bayer配列のY方向のBlue画素の周期Y0Ｂ＝本技術の斜め配列のY方向のRed画素の周期Y1R＝本技術の斜め配列のY方向のBlue画素の周期Y1Ｂである。
　Bayer配列のX方向のGreen画素の周期X0G＝Bayer配列のY方向のGreen画素の周期Y0G＝本技術の斜め配列のX方向のGreen画素の周期X1G＝本技術の斜め配列のY方向のGreen画素の周期Y1Gである。
　このように、Bayer配列と比較して、画素ピッチの周期が等しくなる。したがって、図５に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,G,Bともにナイキストドメインの大きさが同じになり、その解像度は、結果として、Bayer配列と同じ解像度となる。
　なお、図５の例においては、画素ずらしによる解像度の向上は考慮されていないが、縦方向の上下の画素（Green画素と、Red/Blue画素）の中心が異なるために、画素の位置がずれたような効果があり、信号処理で解像度を向上させることができる。
　また、本技術の斜め配列の画素サイズがBayer配列に比べて大きくなるので、Red画素、Blue画素については、画素面積が４倍となるため、感度は４倍となり、Green画素については、画素面積が２倍となるため、感度は２倍となる。
　図６は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図であり、図７のＡは、上面図であり、図７のＢは、鳥瞰図である。
　Green画素は、例えば、緑色の光を信号に変換する有機光電変換膜５２からなり、上部透明電極５１－１および下部透明電極５１－２で挟んだ有機光電変換膜構造となっている。上部透明電極５１－１は、連続膜となっており、下部透明電極５１－２は、画素毎に分割されている。この分割された各電極からGreen信号が読み出される。このとき、Green信号をSi基板（図中下）側に読み出すための電源プラグ５３は、例えば、図７のＡおよび図７のＢに示されるように、Si基板側のRed画素／Blue画素の境界の辺りに貫通電極５４を用いて接続するように配置させる。貫通電極５４は、図示せぬFDに接続されており、そこからGreen信号がSi基板側に読み出される。なお、画素の境界以外に、例えば、画素の四隅であってもよい。
　このようにすることで、Red画素／Blue画素の中央に光が十分入射できるようになり、感度向上を図ることができる。
　Blue画素は、例えば、青色の光を信号に変換するB-PD(フォトダイオード)５５からなり、Red画素は、例えば、赤色の光を信号に変換するR-PD５６からなり、縦方向積層されている。B-PD５５およびR-PD５６は、Si-PDで構成されている。B-PD５５からのBlue信号は、VG(Vertical Gate)５７を介して、Si基板側に読み出される。R-PD５６からのRed信号は、ゲート５９と隣接して形成されるFD５８からSi基板側に読み出される。
　このようなデバイスを作製することで、同じ解像度のBayer配列に比べて、Red,Blueが４倍で、Greenが２倍の高感度で高SN比とすることができる。
＜２．第２の実施の形態＞
[本技術の画素配列の他の例]
　図８は、本技術の画素配列（斜め配列）の第２の実施の形態を示す図である。なお、図８の例においては、比較のために、左側にBayer配列が示されている。
　図８の画素配列は、Green画素が、左に示されているBayer配列のGreen画素の大きさの√２倍（面積２倍）の大きさで、かつ、45度方向に斜めに配置された斜め配列である点は、図４の画素配列と共通している。また、図４の画素配列においては、Red画素およびBlue画素はBayer配列と同じく正方配列で、横方向に配列されている点は、図４の画素配列と共通しているが、図８の例においては、Red画素およびBlue画素は市松模様に配列されている。一方、Red画素およびBlue画素は、大きさが１倍（面積１倍）である点が、図４の画素配列と異なっている。
　したがって、図８に示されるように、本技術の斜め配列のX方向のRed画素の周期X1R＝Bayer配列のX方向のRed画素の周期X0R×1/2であり、本技術の斜め配列のX方向のBlue画素の周期X1Ｂ＝Bayer配列のX方向のBlue画素の周期X0Ｂ×1/2である。本技術の斜め配列のY方向のRed画素の周期Y1R＝Bayer配列のY方向のRed画素の周期Y0R×1/2であり、本技術の斜め配列のY方向のBlue画素の周期Y1Ｂ＝Bayer配列のY方向のBlue画素の周期Y0Ｂ×1/2である。
　また、Bayer配列のX方向のGreen画素の周期X0G＝Bayer配列のY方向のGreen画素の周期Y0G＝本技術の斜め配列のX方向のGreen画素の周期X1G＝本技術の斜め配列のY方向のGreen画素の周期Y1Gである。
　このように、Bayer配列と比較して、Red画素とBlue画素については、画素ピッチの周期が1/2と短くなる。したがって、図９に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,Bともにナイキストドメインが縦・横方向で２倍に大きくなり、その解像度は、Bayer配列と比較して解像度が向上する。
　なお、図９の例においては、画素ずらしによる解像度の向上は考慮されていないが、縦方向の上下の画素（Green画素と、Red/Blue画素）の中心が異なるために、画素の位置がずれたような効果があり、信号処理で解像度を向上させることができる。
　また、本技術の斜め配列において、Green画素については、画素面積が２倍となるため、感度は２倍となる。
　図１０は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図１０の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、B-PD５５、R-PD５６、FD５８、ゲート５９を備える点は、図６の例の場合と共通している。なお、図６の例の場合、B-PD５５およびR-PD５６は１画素内に積層されていたが、図１０の例の場合、B-PD５５およびR-PD５６は、隣り合う画素にそれぞれ配置されている。
　また、図１０の例の場合、B-PD５５およびR-PD５６が積層されていないことからVG５７が除かれている点と、R-OCCF(On Chip Color Fillter)７１およびB-OCCF７２が追加された点が、図６の例の場合と異なっている。
　すなわち、R-OCCF７１は、Redの色フィルタである。R-OCCF７１は、下部透明電極５１－２とR-PD５６の間に配置されており、R-PD５６の画素をRed画素としている。B-OCCF７２は、Blueの色フィルタである。B-OCCF７２は、下部透明電極５１－２とB-PD５５の間に配置されており、B-PD５５の画素をBlue画素としている。
　このようにすることで、分光特性を理想分光に近づけさせ、信号処理の色補正演算時におけるノイズ伝播が小さくなり、結果として高いSN比の画像を提供することができる。
　なお、図１０の例においては、色フィルタを、BlueとRedとした例を説明したが、有機光電変換膜５２からなるGreen画素が緑光を吸収する分光透過特性を有するので、これがマゼンタフィルタの役割を果たすため、Blueフィルタをシアンフィルタに置き換えてもよい。同様に、Redフィルタをイエロフィルタに置き換えてもよい。また、両者を同時に置き換えるようにしてもよい。
＜３．第３の実施の形態＞
[本技術の画素配列の他の例]
　図１１は、本技術の画素配列（斜め配列）の第３の実施の形態を示す図である。なお、図１１の例においては、比較のために、左側にBayer配列が示されている。
　図１１の画素配列は、Green画素が、左に示されているBayer配列のGreen画素の大きさの√２倍（面積２倍）の大きさで、かつ、45度方向に斜めに配置された斜め配列である点は、図４の画素配列と共通している。一方、図４の画素配列においては、Red画素およびBlue画素に加えて、Mg(マゼンタ)画素が、Bayer配列と同じく正方配列で、大きさが１倍（面積１倍）で、横方向に配列されている点が、図４の画素配列と異なっている。
　したがって、図１１に示されるように、Bayer配列のX方向のRed画素の周期X0R＝Bayer配列のX方向のBlue画素の周期X0Ｂ＝本技術の斜め配列のX方向のRed画素の周期X1R＝本技術の斜め配列のX方向のBlue画素の周期X1Ｂである。Bayer配列のY方向のRed画素の周期Y0R＝Bayer配列のY方向のBlue画素の周期Y0Ｂ＝本技術の斜め配列のY方向のRed画素の周期Y1R＝本技術の斜め配列のY方向のBlue画素の周期Y1Ｂである。
　Bayer配列のX方向のGreen画素の周期X0G＝Bayer配列のY方向のGreen画素の周期Y0G＝本技術の斜め配列のX方向のGreen画素の周期X1G＝本技術の斜め配列のY方向のGreen画素の周期Y1Gである。
　このように、Bayer配列と比較して、画素ピッチの周期が等しくなる。したがって、図１２に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,G,Bともにナイキストドメインの大きさが同じになり、その解像度は、結果として、Bayer配列と同じ解像度となる。また、Mg画素に関しては、Green画素と同じ解像度となる。
　なお、図１２の例においては、画素ずらしによる解像度の向上は考慮されていないが、縦方向の上下の画素（Green画素と、Red,Blue/Mg画素）の中心が異なるために、画素の位置がずれたような効果があり、信号処理で解像度を向上させることができる。
　また、本技術の斜め配列において、Green画素については、画素面積が２倍となるため、感度は２倍となる。さらに、Mg画素は、光の可視光の透過率が高いために、この画素の信号を使った演算処理で高感度化が可能となる。
　図１３は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。なお、図１３の例においては、２画素しか示されていないため、B-PD５５とB-OCCF７２が省略されているだけであり、実際には、図１３の例においては、図１０のB-OCCF７２およびB-PD５５からなるBlue画素も配置されている。
　図１３の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、B-PD５５、R-PD５６、FD５８、ゲート５９、R-OCCF７１、B-OCCF７２を備える点は、図１０の例の場合と共通している。
　図１３の例の場合、Mg-PD８１が追加された点が、図１０の例の場合と異なっている。Mg-PD８１は、Mg画素を構成しており、Mg-PD８１からのMg信号は、ゲート５９と隣接して形成されるFD５８からSi基板側に読み出される。なお、Mg-PD８１には、OCCFは設けられていない。
　図１３の例においても、図１０の例と同様に、BlueとRedの色フィルタを設けることで、分光特性を理想分光に近づけさせ、信号処理の色補正演算時におけるノイズ伝播が小さくなり、結果として高いSN比の画像を提供することができる。
　なお、図１３の例においても、色フィルタを、BlueとRedとした例を説明したが、有機光電変換膜５２からなるGreen画素が緑光を吸収する分光透過特性を有するので、これがマゼンタフィルタの役割を果たすため、Blueフィルタをシアンフィルタに置き換えてもよい。同様に、Redフィルタをイエロフィルタに置き換えてもよい。また、両者を同時に置き換えるようにしてもよい。
＜４．第４の実施の形態＞
[本技術の画素配列の他の例]
　図１４は、本技術の画素配列（斜め配列）の第４の実施の形態を示す図である。なお、図１４の例においては、比較のために、左側にBayer配列が示されている。
　図１４の画素配列においては、Green,Red,Blue画素すべてが、左に示されているBayer配列の画素の大きさの√２倍（面積２倍）の大きさで、かつ、45度方向に斜めに配置された斜め配列で、Green画素のみ上層にあり、下層には、Blue画素およびRed画素が横方向に市松模様で配置されている。
　したがって、図１４に示されるように、Bayer配列のX方向のRed画素の周期X0R＝Bayer配列のX方向のBlue画素の周期X0Ｂ＝本技術の斜め配列のX方向のRed画素の周期X1R＝本技術の斜め配列のX方向のBlue画素の周期X1Ｂである。Bayer配列のY方向のRed画素の周期Y0R＝Bayer配列のY方向のBlue画素の周期Y0Ｂ＝本技術の斜め配列のY方向のRed画素の周期Y1R＝本技術の斜め配列のY方向のBlue画素の周期Y1Ｂである。
　Bayer配列のX方向のGreen画素の周期X0G＝Bayer配列のY方向のGreen画素の周期Y0G＝本技術の斜め配列のX方向のGreen画素の周期X1G＝本技術の斜め配列のY方向のGreen画素の周期Y1Gである。
　このように、Bayer配列と比較して、画素ピッチの周期が等しくなる。したがって、図１５に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,G,Bともにナイキストドメインの大きさが同じになり、その解像度は、結果として、Bayer配列と同じ解像度となる。
　また、図１４の例においては、本技術の斜め配列の画素サイズがBayer配列に比べて大きくなるので、Red画素、Green画素,Blue画素すべて画素面積が２倍となるために、感度がすべて２倍となる。
　図１６は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図１６の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、B-PD５５、R-PD５６、FD５８、ゲート５９、R-OCCF７１、およびR-OCCF７２を備える点は、図１０の例の場合とすべて共通している。
　すなわち、図１６の例においても、OCCFを設けることで、分光特性を理想分光に近づけさせ、信号処理の色補正演算時におけるノイズ伝播が小さくなり、結果として高いSN比の画像を提供することができる。
　なお、図１６の例においても、色フィルタを、BlueとRedとした例を説明したが、有機光電変換膜５２からなるGreen画素が緑光を吸収する分光透過特性を有するので、これがマゼンタフィルタの役割を果たすため、Blueフィルタをシアンフィルタに置き換えてもよい。同様に、Redフィルタをイエロフィルタに置き換えてもよい。また、両者を同時に置き換えるようにしてもよい。
＜５．第５の実施の形態＞
[本技術の画素配列の他の例]
　図１７は、本技術の画素配列（斜め配列）の第５の実施の形態を示す図である。なお、図１７の例においては、比較のために、左側にBayer配列が示されている。
　図１７の画素配列においては、図４の画素配列度同様に、Green画素が、左に示されているBayer配列のGreen画素の大きさの√２倍（面積２倍）の大きさで、かつ、45度方向に斜めに配置された斜め配列である。さらに、図１７の画素配列においては、Red画素およびBlue画素も、左に示されている画素の大きさの√２倍（面積２倍）の大きさで、かつ、45度方向に斜めに配置された斜め配列である。
　したがって、図１７に示されるように、本技術の斜め配列のX方向のRed画素の周期X1R＝Bayer配列のX方向のRed画素の周期X0R×1/2であり、本技術の斜め配列のX方向のBlue画素の周期X1Ｂ＝Bayer配列のX方向のBlue画素の周期X0Ｂ×1/2である。本技術の斜め配列のY方向のRed画素の周期Y1R＝Bayer配列のY方向のRed画素の周期Y0R×1/2であり、本技術の斜め配列のY方向のBlue画素の周期Y1Ｂ＝Bayer配列のY方向のBlue画素の周期Y0Ｂ×1/2である。
　また、Bayer配列のX方向のGreen画素の周期X0G＝Bayer配列のY方向のGreen画素の周期Y0G＝本技術の斜め配列のX方向のGreen画素の周期X1G＝本技術の斜め配列のY方向のGreen画素の周期Y1Gである。
　このように、Bayer配列と比較して、Red画素とBlue画素については、画素ピッチの周期が1/2と短くなる。したがって、図１８に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,Bともにナイキストドメインが縦・横方向で２倍に大きくなり、その解像度は、Bayer配列と比較して解像度が向上する。これは、望ましい方向に解像度が向上することを意味している。
　このとき、Red画素、Blue画素、およびGreen画素の画素サイズが、Bayer配列に比して大きくなるので、Red画素、Blue画素、およびGreen画素の面積が２倍になり、感度も２倍になる。
　図１９は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図１９の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、B-PD５５、R-PD５６、VG５７、FD５８、ゲート５９を備える点は、図６の例の場合と共通している。すなわち、図１９においては図示されていないが、図１９の例は、Red,Blue画素が斜め配列となった点のみが、図６の例と異なっている。
　このように積層された構造とすることで、Bayer配列に比べて、RedおよびBlueの解像度が向上するとともに、Red,Green,Blue画素ともに２倍の高感度となる。
＜６．第６の実施の形態＞
[本技術の画素配列を適用したデバイスの構成例]
　上述した第１乃至第５の実施の形態の構造において、さらにレンズを挿入することで、感度を向上させることが可能である。ただし、最上面のGreen画素に関しては、全面開口（開口率１００％）であるために、各Green画素の上にレンズはあってもよいが、必ずしも必要ではない。
　しかしながら、その下にあるSi基板側のBlue画素またはRed画素においては、貫通電極やトランジスタなどが配置されるために、光を検知できるPDの全面開口とならない。このような状況でレンズがない場合、感度低下が顕著に起こることとなる。したがって、感度向上のために、図２０に示されるように、Green画素（有機光電変換膜５２）とSi-PD(例えば、B-PD５５)の間にレンズ９１が設けられる。
　図２０は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図２０の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、B-PD５５、R-PD５６、FD５８、ゲート５９を備える点は、図６の例の場合と共通している。
　図２０の例の場合、下部透明電極５１－２とB-PD５５との間に、レンズ９１が追加されている点のみが、図６の例と異なっている。
　図２１は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図２１の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、B-PD５５、R-PD５６、FD５８、ゲート５９、R-OCCF７１、およびB-OCCF７２を備える点は、図１０の例の場合と共通している。
　図２１の例の場合、下部透明電極５１－２とR-OCCF７１との間に、レンズ１０１が追加され、下部透明電極５１－２とB-OCCF７２との間に、レンズ１０２が追加されている点のみが、図１０の例と異なっている。
　すなわち、B-PDまたはR-PDの感度向上のため、図２０に示される構造のように、Green画素とPDの間にレンズ９１が設けられたり、あるいは、図２１に示される構造のように、OCCFの上にレンズ１０１またはレンズ１０２が設けられたりする。なお、レンズとOCCFとの位置関係は、OCCFの下に配置するようにしてもよいが、混色を減らすことを考えて、OCCFの上に配置するのが好ましい。
　また、レンズ材料は、屈折率がレンズの周囲より高い材料であることが望ましい。また、レンズ形状は、図２２に示されるように、板状でもよいし、球面のような曲面でもよい。
　すなわち、図２２の例においては、レンズの断面図と上面図が示されている。レンズの形状は、図２２に示されるような球面、円盤、BOX、またはデジタルであってもよい。
　その際、撮像面の中心から端になると、主光線が斜めに入射するために、撮像面中心にずらすような瞳補正を行ってもよい。また、撮像面の端に行くほど、主光線の入射角度が大きくなるが、これに合わせて大きくずらしてもよい。これにより、撮像面の端になるほど感度低下するなどのシェーディング特性が抑えられる。
　また、図２２の右端のデジタルにおいては、屈折率の高い材料と低い材料とが交互に並んで配置されることで、非対称な形状が作製されている。すなわち、重心の位置が画素中心から撮像面中心方向にずらされて作製されている。このように作製することで、主光線が斜め入射するのを補正し、垂直方向にしてSi基板表面に入射させることが可能になり、同じくシェーディング効果が抑えられる。この場合も端に行くほど大きく重心をずらして、撮像面の中心で対称構造となるようにしてもよい。なお、図２２に示されるリングパターンは、右から斜め光入射の場合のレンズ形状となっている。
　ここで、重心の定義について、図２３を参照して説明する。画素面内または一定エリア面内Dにおいて、屈折率の高い層の屈折率n1、屈折率の低い層の屈折率n2とし、屈折率の分布関数をf(x,y)とする。x,y座標において、次の式（１）が成り立つ場合の(x1,y1)の位置を重心と定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　これは、重心の位置において、周囲の屈折率の１次モーメントの積分が０であることを意味する。図２３は、１次元の場合の重心の位置の概念図を示すが、実際には、２次元となるので、x,y座標となり、同時にx,yの積分が０になる条件を満たす位置となる。
＜７．第７の実施の形態＞
[本技術の画素配列を適用したデバイスの構成例]
　図２４は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図２４の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、R-PD５６、FD５８、ゲート５９を備える点は、図１０の例の場合と共通している。
　図２４の例の場合、Blue画素が、Si-PDではなく、上部透明電極１２１－１、下部透明電極１２１－２で挟まれる有機光電変換膜１２２で構成される点が異なっている。すなわち、図２４の例の場合、B-PD５５の代わりに、上部透明電極１２１－１、下部透明電極１２１－２、有機光電変換膜１２２が追加された点、電源プラグ１２３、孔１２４、貫通電極１２５が設けられている点が、図１０の例と異なっている。
　すなわち、図２４の例においては、２層（BlueとGreenの有機光電変換膜）がSi基板上に配置されており、Red画素のみが、図１０の例と同様にSi-PDで構成される例が示されている。
　具体的には、Blue画素は、青色の光を信号に変換する有機光電変換膜１２２からなり、上部透明電極１２１－１および下部透明電極１２１－２で挟んだ有機光電変換膜構造となっている。上部透明電極１２１－１は、連続膜となっており、下部透明電極１２１－２は、画素毎に分割されている。この分割された各電極からBlue信号が読み出される。
　孔１２４は、Blue信号をSi基板（図中下）側に読み出すための電源プラグ１２３をSi基板上に到達させるために、Green画素（すなわち上部透明電極５１－１および下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２）の一部に設けられる。貫通電極１２５は、貫通電極５４と同様にSi基板に形成されて、図示せぬFDに接続されており、そこからBlue信号が読み出される。
　なお、図２５に示されるように、この場合の画素配列は、第５の実施の形態(図１７)の場合と同様に、Red画素, Green画素，Blue画素が共に斜め配列となっている。したがって、図２６に示されるように、この場合のCZP周波数特性は、第５の実施の形態（図１８）と同様のCZP周波数特性となる。
　したがって、図２６に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,Bともにナイキストドメインが縦・横方向で２倍に大きくなり、その解像度は、Bayer配列と比較して解像度が向上する。これは、望ましい方向に解像度が向上することを意味している。
　また、Green画素だけを斜め配列にして、Red画素およびBlue画素を正方配列にしてもよい。その場合、第１の実施の形態（図５）の例と同様のCZP周波数特性となる。さらに、Blue画素だけを斜め配列にしてもよい。その場合、第１の実施の形態のCZP周波数特性において青と緑が入れ替わったものとなる。なお、図２４の例において、Green画素の有機光電変換膜５２の上にBlue画素の有機光電変換膜１２２を配置したが、上下の順番はどちらが上でも下でもよいため、膜順を変更してもよい。
＜８．第８の実施の形態＞
[本技術の画素配列を適用したデバイスの構成例]
　図２７は、本技術を適用したデバイス構造の断面図を示す図である。
　図２７の例の場合、上部透明電極５１－１、下部透明電極５１－２、有機光電変換膜５２、電源プラグ５３、貫通電極５４、上部透明電極１２１－１、下部透明電極１２１－２、有機光電変換膜１２２、電源プラグ１２３、孔１２４、貫通電極１２５を備える点は、図２４の例の場合と共通している。
　図２７の例の場合、Red画素が、Si-PDではなく、上部透明電極１４１－１、下部透明電極１４１－２で挟まれる有機光電変換膜１４２で構成される点が異なっている。すなわち、図２７の例の場合、R-PD５６、FD５８、ゲート５９の代わりに、上部透明電極１４１－１、下部透明電極１４１－２、有機光電変換膜１４２が追加された点、電源プラグ１４３、孔１４４、孔１４５、貫通電極１４６が設けられいる点が、図２４の例と異なっている。
　すなわち、図２７の例においては、３層（BlueとGreenの有機光電変換膜）がSi基板上に配置されている例が示されている。
　具体的には、Red画素は、赤色の光を信号に変換する有機光電変換膜１４２からなり、上部透明電極１４１－１および下部透明電極１４１－２で挟んだ有機光電変換膜構造となっている。上部透明電極１４１－１は、連続膜となっており、下部透明電極１４１－２は、画素毎に分割されている。この分割された各電極からRed信号が読み出される。このとき、Red信号をSi基板（図中下）側に読み出すための電源プラグ１４３が設けられる。
　孔１４４は、Green信号をSi基板（図中下）側に読み出すための電源プラグ５３をSi基板上に到達させるために、Red画素（すなわち上部透明電極１４１－１および下部透明電極１４１－２、有機光電変換膜１４２）の一部に設けられる。同様に、孔１４５は、Blue信号をSi基板（図中下）側に読み出すための電源プラグ１２３をSi基板上に到達させるために、Red画素（すなわち上部透明電極１４１－１および下部透明電極１４１－２、有機光電変換膜１４２）の一部に設けられる。貫通電極１４５は、貫通電極５４と同様にSi基板に形成されて、図示せぬFDに接続されており、そこからRed信号が読み出される。
　なお、図２８に示されるように、この場合の画素配列は、第５の実施の形態(図１７)の場合と同様に、Red画素, Green画素，Blue画素が共に斜め配列となっている。したがって、図２９に示されるように、この場合のCZP周波数特性は、第５の実施の形態（図１８）と同様のCZP周波数特性となる。
　したがって、図２９に示されるように、CZP周波数特性において、本技術の斜め配列は、R,Bともにナイキストドメインが縦・横方向で２倍に大きくなり、その解像度は、Bayer配列と比較して解像度が向上する。これは、望ましい方向に解像度が向上することを意味している。
　また、Green画素だけを斜め配列にして、Red画素およびBlue画素を正方配列にしてもよい。その場合、第１の実施の形態（図５）の例と同様のCZP周波数特性となる。さらに、Blue画素だけを斜め配列にしてもよい。その場合、第１の実施の形態のCZP周波数特性において青と緑が入れ替わったものとなる。同様に、Red画素だけを斜め配列にしてもよい。その場合、第１の実施の形態のCZP周波数特性において赤と緑が入れ替わったものとなる。なお、図２９の例において、Green画素の有機光電変換膜５２の上にBlue画素の有機光電変換膜１２２を配置し、Green画素の有機光電変換膜５２の下に、Red画素の有機光電変換漠１２４を設置したが、上下の順番はどれが上でも下でもよいため、膜順を変更してもよい。
　以上のように、本技術によれば、Bayer配列と比して、同程度またはそれ以上の解像度を有し、かつ、高感度で高SN比となる。また、画素ずらしによる解像度向上が望める。
　また、本技術によれば、Bayer配列と比して、解像度が同じまたはそれ以上でありながら、画素サイズを大きくできるために、プロセスが簡便で作製しやすく、量産性があり、コスト的なメリットがある。
　以上においては、本技術を、CMOS固体撮像素子に適用した構成について説明してきたが、CCD（Charge Coupled Device）固体撮像素子といった固体撮像素子に適用するようにしてもよい。
　また、上記説明においては、第１の光電変換部として、Green画素の例を説明したが、Green画素の代わりに、Red画素やBlue画素を第１の光電変換部としてもよい。
　なお、本技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュールの形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
＜９．第９の実施の形態＞
[イメージセンサの使用例]
　図３０は、上述の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
　上述した固体撮像素子（イメージセンサ）は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
[電子機器の構成例]
　図３１は、本技術を適用した電子機器としての、カメラ装置の構成例を示すブロック図である。
　図３１のカメラ装置６００は、レンズ群などからなる光学部６０１、本技術の各構造が採用される固体撮像素子（撮像デバイス）６０２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ回路６０３を備える。また、カメラ装置６００は、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６、操作部６０７、および電源部６０８も備える。ＤＳＰ回路６０３、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６、操作部６０７および電源部６０８は、バスライン６０９を介して相互に接続されている。
　光学部６０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子６０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子６０２は、光学部６０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像素子６０２として、上述した実施の形態に係る固体撮像素子を用いることができる。したがって、解像度を劣化させることなく、高感度で高SN比とすることができる。
　表示部６０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像素子６０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部６０６は、固体撮像素子６０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
　操作部６０７は、ユーザによる操作の下に、カメラ装置６００が有する様々な機能について操作指令を発する。電源部６０８は、ＤＳＰ回路６０３、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６および操作部６０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　なお、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
　（１）　第１の波長の光を変換し、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列された第１の光電変換部と、
　前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第２の光電変換部と
　を備える固体撮像素子。
　（２）　前記第１の波長の光は緑色光であり、前記第１の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
　前記（１）に記載の固体撮像素子。
　（３）　前記第１の光電変換部の下部に、第３の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第３の光電変換部を
　さらに備える前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
　（４）　前記第２の波長の光または第３の波長の光は、それぞれ赤色光と青色光である
　前記（３）に記載の固体撮像素子。
　（５）　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている
　前記（３）または（４）に記載の固体撮像素子。
　（６）　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されている
  前記（５）に記載の固体撮像素子。
　（７）　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、Si半導体で構成されている
　前記（３）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
　（８）　前記第２の光電変換部は、Si半導体で構成されている
　前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
　（９）　前記第１の光電変換部と第２の光電変換部との間に赤色光を透過するフィルタと青色光を透過するフィルタを配置することで、前記第２の光電変換部の一部は、赤色光電変換部として機能し、前記第２の光電変換部の他の一部は、青色光電変換部として機能する
　前記（１），（２）または（８）に記載の固体撮像素子。
　（１０）　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている
　前記（８）または（９）に記載の固体撮像素子。
　（１１）　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で配列されている
　前記（８）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
　（１２）　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されることで、前記第２の光電変換部のさらに他の一部の画素上に色フィルタのない画素配列を有する
　前記（８）乃至（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
　（１３）　前記第１の光電変換部と第２の光電変換部との間にレンズを
　さらに備える前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）　前記第１の光電変換部の上部に、第３の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第３の光電変換部を
　さらに備える前記（２）に記載の固体撮像素子。
（１５）　前記第２の波長の光または第３の波長の光は、それぞれ赤色光と青色光である
　前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに同じピッチの状態で配列されている
　前記（１４）または（１５）に記載の固体撮像素子。
（１７）　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されている
　前記（１４）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）　前記第２の光電変換部は、Si半導体で構成されており、
　第３の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
　前記（１４）乃至（１７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１９）　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
　前記（１４）乃至（１７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（２０）　第１の波長の光を変換し、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列された第１の光電変換部と、
　前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第２の光電変換部と
　を備える固体撮像素子と、
　前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
　入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系と
　を有する電子機器。
　　１　固体撮像素子，　２　画素，　５１－１　上部透明電極，　５１－２　下部透明電極，　５２　有機光電変膜，　５３　電源プラグ，　５４　貫通電極，　５５　B-PD，　５６　R-PD，　５７　VG，　５８　FD，　５９　ゲート，　７１　R-OCCF，　７２　B-OCCF，　８１　Mg-PD，　９１　レンズ，　１０１　レンズ，　１０２　レンズ，　１２１－１　上部透明電極，　１２１－２　下部透明電極，　１２２　有機光電変膜，　１２３　電源プラグ，　１２４　孔，　１２５　貫通電極，　１４１－１　上部透明電極，　１４１－２　下部透明電極，　１４２　有機光電変膜，　１４３　電源プラグ，　１４４　孔，　１４５　孔，　１４６　貫通電極，　６００　カメラ装置，　６０２　固体撮像素子

Claims (20)

  1. 　第１の波長の光を変換し、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列された第１の光電変換部と、
    　前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第２の光電変換部と
    　を備える固体撮像素子。
  2. 　前記第１の波長の光は緑色光であり、前記第１の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記第１の光電変換部の下部に、第３の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第３の光電変換部を
    　さらに備える請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記第２の波長の光または第３の波長の光は、それぞれ赤色光と青色光である
    　請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている
    　請求項４に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されている
    　請求項５に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、Si半導体で構成されている
    　請求項６に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記第２の光電変換部は、Si半導体で構成されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  9. 　前記第１の光電変換部と第２の光電変換部との間に赤色光を透過するフィルタと青色光を透過するフィルタを配置することで、前記第２の光電変換部の一部は、赤色光電変換部として機能し、前記第２の光電変換部の他の一部は、青色光電変換部として機能する
    　請求項８に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で配列されている
    　請求項１０に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記赤色光電変換部および青色光電変換部の各画素は、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されることで、前記第２の光電変換部のさらに他の一部の画素上に色フィルタのない画素配列を有する
    　請求項１０に記載の固体撮像素子。
  13. 　前記第１の光電変換部と第２の光電変換部との間にレンズを
    　さらに備える請求項９に記載の固体撮像素子。
  14. 　前記第１の光電変換部の上部に、第３の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第３の光電変換部を
    　さらに備える請求項２に記載の固体撮像素子。
  15. 　前記第２の波長の光または第３の波長の光は、それぞれ赤色光と青色光である
    　請求項１４に記載の固体撮像素子。
  16. 　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、正方画素配列に対して同じ傾きの状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のそれぞれに配列されている
    　請求項１４に記載の固体撮像素子。
  17. 　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部のピッチは、正方画素配列に対して略０度傾けた状態で配列されている
    　請求項１６に記載の固体撮像素子。
  18. 　前記第２の光電変換部は、Si半導体で構成されており、
    　第３の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
    　請求項１４に記載の固体撮像素子。
  19. 　前記第２の光電変換部および第３の光電変換部は、有機光電変換膜で構成されている
    　請求項１４に記載の固体撮像素子。
  20. 　第１の波長の光を変換し、正方画素配列に対して略４５度傾けた状態で各画素が２次元的に水平方向および垂直方向のぞれぞれに配列された第１の光電変換部と、
    　前記第１の光電変換部の下部に、第２の波長の光を変換し、各画素が２次元的に配列された第２の光電変換部と
    　を備える固体撮像素子と、
    　前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
    　入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系と
    　を有する電子機器。
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